纤维原料生产燃料乙醇的研究进展

技术论坛i-TECH中曝高新故术会业纤维原料生产燃料乙醇的研究进展◆文/劑越越李阵亮【摘要】纤维素将威为生产燃軒乙醇的主要原料。随着生产工艺的不断研究,纤维素生产燃料乙醉的预处理、糖化、发酵以及废料的回收利用工艺都在不断的革新。人们在寻求降低纤维原料生产燃料乙醇成本的方法,以尽快实现纤维原軒生产的工业化。【关键词】纤維原料预处理糖化发酵燃料乙醇作为一种生产工艺成熟、原料来源广泛的替代能源越糖,最后由CL将纤维二糖水解为葡萄糖。此方法酶的消耗量大,糖来越受到人们的关注。生产燃料乙醇的原料主要有三大类:粮食类化时间长,造成成本居高不下{,作物、经济类作物和木质纤维素。日前,粮食类作物的生产工艺最为23生物糖化成熟,美国就是主要以粮食作为生产燃料乙醇的主要原料的,但这生物糖化是将预处理后的纤维素利用微生物分泌的水解酶直接种方法生产必然要消耗大盘粮食。据2003年相关统计,全球乙醇总糖化,相当于用微生物代替酶。这种方法可以避免使用大量的酶,有产量61%是以甘蔗和甜莱为生产原料,燃料乙醇生产大国巴西就是效的降低生产成本,但也存在较多的问题,例如微生物的选育问题以甘蔗为主要原料,而欧盟则是以甜菜为主要原料。地球上每年大水解过程中杂蘸的控制问题等,这些都会使生产过程复杂化,因此约形成1000亿吨植物有机物,是自然界分布最广、含量最多、价格这种方法目前还无法实现工业化。低廉,而又未得到充分利用的可再生资源之一,利用价廉而来源广3.曹种的选育方法泛的纤维原料生产燃料乙醇将对解决能源危机起到重要作用。美国乙醇发酵的菌种主要是酵母菌和细菌,细菌研充的较多的是运可再生燃油协会指出,美国科学家正在接近于发明将纤维素材料加动发酵单胞菌。目前菌种的选育方法除了从自然界中筛选外,主要工成乙醇有效办法,但这种办法进行大规模商业生产可能要在5-6是通过基因工程的手段构建基因工程菌。主要是构建酵母工程菌和年之后才能实现7细菌工程曹。实验证明将木酮糖激酶基因XKI克隆到已含有1.纤维原料的预处理工艺XYLl和xYL2基因的酿酒酵母转化子中,构建新的酿酒酵母,乙醇目前纤维素的预处理工艺主要有物理法、化学法、物理化学结的产率明显提高。这种酿酒酵母既可以单独利用木糖和葡萄糖,也合法和生物法四大类能实现两种糖的共同利用。此外,细蘸和真菌的纤维素酶基因已成物理法主要包括机械粉碎、高温分解、微波或超声波、液相热水功的引入酿酒酵母中,并成功的表达;将木糖异构酶、木酬糖激酶预处理等。化学法是目前研究的最多的方法,主要有酸处理、碱处转酬酶和转醛酶催化的木糖代谢途径,引入运动发酵单胞菌,成功理、有机溶剂处理、氧化处理等。物理化学法则主要有蒸汽爆裂、氨发酵木糖生成乙醇。将质粒pZB5转化至运动发酵单胞菌菌种ZM4纤维爆裂、CO2爆裂等。其中CO2爆破、臭氧处理、有机溶剂处理、氧(ATCC31821)中,得到了重组菌ZM4(pZB5),可发酵木糖和葡萄糖的化处理等方法,很少被应用,报道不多混合糖。生物法是新兴的预处理方法,常用于降解木质素的真菌是木腐此外,日本开发的项目使用新型育种技术一“细胞表层显示技菌,通常是白廣菌、褐腐菌和软腐菌。其中,软腐菌的木质素分解能术”,可以培育出具有这些功能的新型高效乙醇发酵微生物力很低,褐腐菌只能改变木质素的性质而不能分解木质素,只有白4发酵工艺腐菌分解木质素的能力较强。目前国际上研究最多并表现出有效降目前紆维素的发酵工艺主要有先糖化后发酵(SHF)、边糖化边解能力的白腐真菌是黄孢原毛平革菌。白腐菌处理法作用条件温发酵(SSF和ssCF)、生料发酵、固定化发酵、混合菌种发酵、非等温同和,能耗低,具有独特的优势。但处理时间长,生产周期长,距实现工步糖化发酵法(NsSF)、高浓度发酵、液化糖化连续发酵工艺、联合生业化生产还有一定距离。因此,用基因工程对白腐菌进行改良,筛选物加工工艺(CBP)等。以下主要介绍几种方法,其余方法研究较,早不含纤维素酶、半纤维素酶的木质素降解菌,将有助于拓展生物预多都报這。处理的应用14.1混合菌种发酵2.糖化工艺混合菌种发酵法是利用多碳源发酵乙醇的菌株发酵葡萄糖、木1酸法糖化糖、阿拉伯糖等单糖和寡糖的混合物。不过,碳源利用率低,乙醇产酸法糖化可分为稀酸法和浓酸法。稀酸法时纤维素上的氧原子率低,工艺及设备满足代谢上有困难,可采用气升柱发酵木糖和溢和溶液中的氢离子相结合,变得不稳定,易和水反应,长链即在此处流柱发酵葡萄糖的串联发酵工艺。断裂,从而实现纤维素长链的连续解聚,分解为葡萄糖。通常分为两4.2液化糖化连续发酵工业个步骤:第一步用较低温度分解半纤维素为木糖;第二步用较高温目前连续法日本采取细胞表层显示、凝集性酵母技术的无蒸度分解纤维素为葡萄糖。在较低温度下纤维素可完全溶解在硫酸煮、长期连续发酵法。通过“细胞表层显示技术”培育出新型高效乙中,转化成几个葡萄糖单元的低聚糖,然后加水稀释并加热,一定时醇发酵微生物,当用连续浓硫酸法处理过的纤维素(低聚糖和单糖的间后即水解为葡萄糖,此即浓酸法。此方法糖的回收率较高,但对设混合物)通过这种新型酵母的细胞表层分解后可转化为葡萄糖,然后备的要求极高,酸必须回收。再中国煤化工率,使商速发酵成为现2.2酶法糖化葡聚糖内切酶(ED)、纤维二糖水解酶(CBH)和B-葡萄糖苷酶CNMHG可以持续反复使(GL)协同作用糖化效果最佳。ED先在纤维素分子内部打开缺口,形cBP是指利用一种工程菌来完成多步骤的生物反应的技术。成大量非还原性末端,之后CBH作用于非还原性末端形成纤维二cBP不包括生产纤维素酶的过程,因此底物和原料的消耗相对较64-技术论坛i-TECH中高新試术会血低。但是它对所用的微生物却有较高的要求,所用的微生物必须比究进展]农业与栈术2006,26(4)传统的纤维素发酵微生物具有更好的底物利用度和较好的产品构{3]于斌,齐鲁木质纤维素生产燃料乙醇的研究现状化工进展型,因此需要对微生物进行改造间2006,25(3)5结束语4」李盛貴,贾树彪,顾立文,利用纤维素原料生产燃料酒精的研究进随着国际石油价格的狂氟和国内对石油需求量的急剧增加,各展U]酿酒,2005,32(2)国积极开展能源多元化的方案,因此纤维乙醇研究已经成为目前生[5]郭廷杰是、日利用纤维素生物质原料制燃料乙醇的技术开发物质液体燃料研究工作的重中之重。新的生产工艺虽然在不断的研能源技术2004,25(2究革新中,但许多有望大幅度降低生产成本的生产工艺还限于实验间6]*猛,粱辉,王巡彬利用CBP发酵纤维素生产燃料乙醇的研究室阶段,由于昂贵的预处理工艺、酶成本高、转化效率低等回问题目进展团河南化工2007,4前尚无法解决而无法实现工业化,因此,必须要加紧研究的步伐,使[7刘炳全,李学风,高文,杨秀山木质纤维素制取燃料乙醇首种的新的工艺尽早应用到工业生产中研究[]可再生能源2007,25(4)8]乘行.纤维素将成为燃料乙醇生产主要原料.椎食与油爾参考文献2007,41]武冬梅,李冀新,孙新纪纤維素类物质发酵生产燃料乙醇的研究[9孙智谋,蒋聶,张俊波,刘丽萍世界各国木质纤维原料生物转化进展U]釀酒科技2007,4燃料乙醇的工业化进程[酿酒科技2007,1[2]陈伟红,闻德冉,杜风光,宋安东纤維质原料生产燃料乙醇的研作者单位系中国矿业大学三 EEEEEEEE∈∈∈∈∈∈三∈∈∈∈已∈∈∈∈∈∈任∈∈∈∈∈∈∈∈∈∈∈∈∈∈∈∈∈(上接63页)大范围的调查监测中,遥感才能显现其省时、省力、省钱的优势。例完全可以制作专门的专题片全面宜传)和社会普及工作,使大多数如,土地调查在国家范围内,省内,市内运用遥感来减轻工作量是可人都知道遥感是什么,有那些应用领域,在实际工作中只要技术可行的,但到县里甚至乡里的小范围内购买選感图像和对图像处理的行、经济合理就力争使用时间和费用恐怕早大过于几个工作人员去跑一趟的时间和费用。另2、基础理论薄弱外,企业使用遥感图像时,同样存在相似的问题,低精度的图像不能遥感是一门交叉学科、它是以地球科学、传统数学、物理学、计算满足应用目的,精度不高、不可靠,而高精度的图像向国外购买价格机科学、光学等多门学科为基础的。遥感系统包括有信息源、信息获又太昂贵,因此降低应用成本和加快图像处理速度成为应用中的重取、信息的接收、信息的处理和信息的应用五大部分。在过去很长的要问题。时期内,我国遥感发展的政策一直以优先发展信息获取环节为指导6、商业化受到制约思想而忽略了信息处理的重要环节,以致于对于一些基础数学、物纵观古今商业化是任何技术发展最终的必然结果,邐感也不可理定理在遥感图像像元尺度上的使用不清。这样势必造成实贱与理能例外。目前在国外商业化的程度相对先进,我国还是刚刚开始。虽论的脱节,导致我国自主遥感源和许多国际先进遥感源提供的大量然在汽车、航海等方面有了起步,但是因管理体制、技术水平、杜会遥感数据在未经确处理的情况下不能有效利用技术经济环境、投入产出比低和社会认知度低等因素的制约商业化因此,在未来遥感事业中,惟有国家增加基础研究资金投入,提进程发展较慢,范围较窄。这些因素的影响只有随着社会环境、技术高遥感基础研究人员的待遇,加大基础理论的研究,培养更多的研水准不断发展达到一定高度后才能完全消除,同时也需国家有计划究型遥感人才,方能加强理论于实跋的结合,促进遥感事业的长足地在科研投入、信贷政策、税收政策等方面给予优惠,促进商业化的发展迅速发展3、图像分辨率不够高四、结束语遥感图像的分辨率不高也是我国遥感面临的重大难题。虽然经中国的遥感事业经历30余年,从无到有,从弱到强,目前虽非过几十年的努力,我国遇感图像的分别率已经有了质的飞跃,但是最先进国家但也是强国之一。遥感的广泛应用已使我国认识地球、由于起步晚,依然难以达到很高的水准。因此,在许多对分辨率要求研究地球的视点从地面、低空扩展到太空,更使我们对我们居住的高的应用中,我们只能花钱去购买更先进国家的遥感图像来使用,环境和所处的地球有了新的认识。虽然,在发展的进程中还存在许这就使我国在很大程度上受制于人,给国家国防安全、国民经济安多问题,但只要我们正确认识到问题的根本所在,采取切实有效的全带来隐患。措施,就一定能在不远的将来赶上甚至超过国际先进水平,使我国要改变这一现状将是一个漫长的技术装备提高的过程,也是技的遥感事业更加辉煌。术环境改善的过程,只有在提高传感器加工工艺的基础上,才能获取高分辨率的图像,从根本上解决问题挚考文献4、研究经賣没有得到充分利用,创新成果少1尹球,匡定波促进遥愚发展的几点思考囚虹外与毫米波学报目前,我国研究遥感的单位很多,国家也投入了大量资金,但由2007,26(3)于缺乏统一的营理,各自为战不能有机结合、协调合作与发展,因(2]李博,陈华,杨健遥感技术的发晨趋势分析团]中国资源综合利此,重复研究、低起点研究等等现象频繁出现,研究中的模仿研究用,2007,25(9)多、创新成果少,导致国家投入资金浪费,未达应有的效果。致使我[3]梅安新,彭望禄,秦其明,刘慧平遥感导论[M]北京高等教育出国遥感技术的发展中始终跟在西方发达国家后面,难以超越。版社,2006.12因此加强全国统一学科协调,组建全国一盘棋的协作网络,研4胡著陈钦峦陈东.航天航空遥感技术与应用[M]南京究方向和课题的合理分工是解决问题有效方法。南京大中国煤化工5、遥感在某些方面应用的性价比低5平静彭的延安市宝塔区土地利遥感图像的用户基本上是政府的气象、农林、地质、矿产、水利、用变化CNMHG海洋、环保、军事、科学研究等部门,主要用于杜会公益事业。只有在(作者单位系中国矿业大学环境与测学院