生物法脫除木質(zhì)纖維素水解液中抑制因子的最新研究進(jìn)展

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1、中國(guó)生物工程雜志ＣｈｉｎａＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１３，３３（５）：１２０１２４殏檪檪檪檪檪檪檪檪殏檪檪綜述檪檪殏檪檪檪檪檪檪檪檪殏生物法脫除木質(zhì)纖維素水解液中抑制因子的最新研究進(jìn)展張東旭（江南大學(xué)工業(yè)生物技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室無(wú)錫２１４１２２）摘要實(shí)現(xiàn)從木質(zhì)纖維素原料到燃料和高附加值化學(xué)品的生物轉(zhuǎn)化，預(yù)處理是一個(gè)非常重要的步驟。酸解或蒸汽爆破等熱化學(xué)預(yù)處理過(guò)程會(huì)在水解液中生成或釋放有機(jī)酸類、糠醛類和酚類化合物等抑制因子。這些抑制因子對(duì)發(fā)酵微生物具有毒性，會(huì)顯著降低發(fā)酵產(chǎn)品的產(chǎn)率和生產(chǎn)強(qiáng)度。生物法去除木質(zhì)纖維素水解液中的抑制因子具有操作簡(jiǎn)便以及不產(chǎn)生廢水、廢物等優(yōu)點(diǎn)。生物脫毒法可分

2、為兩類：一類是通過(guò)向木質(zhì)纖維素水解液中添加微生物或酶制劑，在發(fā)酵前去除抑制因子；另一類方法是通過(guò)遺傳改造或適應(yīng)性進(jìn)化提高發(fā)酵菌株對(duì)抑制因子的生物降解能力，從而提高木質(zhì)纖維素水解液的發(fā)酵性能。將著重以乙醇生產(chǎn)為例，介紹如何通過(guò)生物脫毒的方法提高木質(zhì)纖維素水解液發(fā)酵的得率和生產(chǎn)強(qiáng)度。關(guān)鍵詞木質(zhì)纖維素水解液生物脫毒抑制因子乙醇中圖分類號(hào)Ｑ５３３．４木質(zhì)纖維素中所含的碳水化合物是一些聚合物，纖維素水解液中添加微生物或酶制劑，在發(fā)酵前去除如纖維素和半纖維素以及木質(zhì)素等，因此木質(zhì)纖維素抑制因子；（２）通過(guò)遺傳改造或適應(yīng)性進(jìn)化使發(fā)酵菌株很難被水解（糖化）。把木質(zhì)纖維素生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為乙醇產(chǎn)生生物降解能力，從而在

3、發(fā)酵的同時(shí)去除抑制因子，一般需要四個(gè)步驟：熱化學(xué)預(yù)處理、纖維素酶解、微生提高木質(zhì)纖維素水解液的發(fā)酵性能。物發(fā)酵和蒸餾。預(yù)處理需要在苛刻的條件下完成，才１外源添加微生物進(jìn)行脫毒能破壞高度聚合的木質(zhì)素、纖維素和半纖維素的結(jié)構(gòu)，使得接下來(lái)的纖維素酶水解成為可能。酸解或蒸汽爆能夠通過(guò)外源添加對(duì)木質(zhì)纖維素水解液中抑制因［２４］破等熱化學(xué)預(yù)處理過(guò)程的高溫、高壓、低ｐＨ等條件會(huì)子進(jìn)行脫毒的微生物包括：真菌、酵母和細(xì)菌等。使水解液中生成或釋放有機(jī)酸類、呋喃類和酚類化合真菌用于木質(zhì)纖維素水解液脫毒的報(bào)道較多，脫毒效［５］物等抑制因子，這些抑制因子對(duì)發(fā)酵微生物具有毒果較好，但會(huì)消耗較多的糖。Ｐａｌｍｑｖｉｓ

4、ｔ等發(fā)現(xiàn)絲狀［１］性。去除抑制因子的方法有很多，如活性炭吸附、離的白腐真菌Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａｒｅｅｓｅｉ能夠降解柳樹(shù)半纖維素子交換、氫氧化鈣過(guò)中和等。但這些方法往往成本較水解液中的呋喃類物質(zhì)、乙酸、苯甲酸衍生物等抑制因高，且處理過(guò)程中產(chǎn)生大量的廢水或固體廢物。生物子，使乙醇生產(chǎn)強(qiáng)度和產(chǎn)率分別提高３倍和４倍。但此法對(duì)木質(zhì)纖維素水解液的脫毒過(guò)程，不產(chǎn)生或極少產(chǎn)真菌的生長(zhǎng)速度較慢，并且會(huì)利用水解液中的糖。［６］生廢水和廢物，且具有條件溫和、專一性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。木Ｌａｒｓｓｏｎ等發(fā)現(xiàn)，與離子交換、超施石灰和漆酶處理相質(zhì)纖維素水解液生物脫毒的途徑包括：（１）通過(guò)向木質(zhì)比，Ｔ．ｒｅｅｓｅｉ對(duì)云杉的稀酸水解

5、液的脫毒效果最好，但這一微生物消耗的可發(fā)酵糖也較多（３５％）。Ｌóｐｅｚ收稿日期：２０１２０６１１修回日期：２０１３０３０８［７］電子信箱：ｚｈａｎｇｄｏｎｇｘｕ＠ｊｉａｎｇｎａｎ．ｅｄｕ．ｃｎ等分離到一種真菌Ｃｏｎｉｏｃｈａｅｔａ．ｌｉｇｎｉａｒｉａＣ８２０１３，３３（５）張東旭：生物法脫除木質(zhì)纖維素水解液中抑制因子的最新研究進(jìn)展１２１［１４］（ＮＲＲＬ３０６１６）能夠去除玉米秸稈水解液中的糠醛和質(zhì)發(fā)生聚合反應(yīng)。漆酶（ｌａｃｃａｓｅｓ，ｂｅｎｚｅｎｅｄｉｏｌ：［８］ＨＭＦ。Ｎｉｃｈｏｌｓ等發(fā)現(xiàn)Ｃ．ｌｉｇｎｉａｒｉａ能夠代謝玉米秸ｏｘｙｇｅｎｏｘｉｒｅｄｕｃｔａｓｅｓＥＣ１．１０．３

6、．２）是一種多功能酶，能［１５］稈水解液中的糠醛、ＨＭＦ、芳香酸、脂肪酸以及醛類化氧化酚類物質(zhì)和芳香胺，同時(shí)還原分子氧成水。［６］合物等。Ｌａｒｓｓｏｎ等用來(lái)源于Ｔ．ｖｅｒｓｉｃｏｌｏｒ的酚過(guò)氧化物酶和很多酵母也能夠去除木質(zhì)纖維素水解液中的抑制漆酶，對(duì)云杉稀酸水解液進(jìn)行酶處理，發(fā)現(xiàn)漆酶處理能因子。Ｓｃｈｎｅｉｄｅｒ等報(bào)道了用Ｓ．ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ突變株從硬夠使酚類單體和酚酸徹底降解，這是已有報(bào)道中酚類［１６］木亞硫酸鹽制漿廢液中成功的選擇性去除乙酸。利用物質(zhì)降解效率最高的。Ｃｈａｎｄｅｌ等利用漆酶對(duì)甘蔗脫除乙酸的水解液，幾種Ｄ木糖利用酵母可發(fā)酵利用渣水解液進(jìn)行脫毒，酚類化合物的去除率達(dá)７７

7、．５％，促［９］大部分的糖，２４小時(shí)內(nèi)達(dá)到乙醇理論得率的７３％。進(jìn)了ＣａｎｄｉｄａｓｈｅｈａｔａｅＮＣＩＭ３０５１的乙醇發(fā)酵。漆酶處最近，Ｈｏｕｒｕｉ等報(bào)道了用最新分離到的酵母理后的乙醇得率可以達(dá)到離子交換和活性炭吸附處理Ｉｓｓａｔｃｈｅｎｋｉａｏｃｃｉｄｅｎｔａｌｉｓ（Ｌｊ３，ＣＣＴＣＣＭ２００６０９７）和Ｉｒｉｓ相同的效果，且造成的總糖濃度減少最少。Ｍａｒｔｉｎ［１７］ｏｒｉｅｎａｌｉｓ（