技術(shù)論壇TECH中豳高新故術(shù)會(huì)纖維原料生產(chǎn)燃料乙醇的研究進(jìn)展◆文/劑越越李陣亮【摘要】纖維素將威為生產(chǎn)燃料乙醇的主要原料。隨著生產(chǎn)工藝的不斷研究,纖維素生產(chǎn)燃料乙醉的預(yù)處理、糖化、發(fā)酵以及廢料的回收利用工藝都在不斷的革新。人們?cè)诟缜蠼档屠w維原料生產(chǎn)燃料乙醇成本的方法,以盡快實(shí)現(xiàn)纖維原料生產(chǎn)的工業(yè)化【關(guān)鑣詞】纖維原料預(yù)處理糖化發(fā)酵燃料乙醇作為一種生產(chǎn)工藝成熟、原料來源廣泛的替代能源越糖,最后由CL將纖維二糖水解為葡萄糖。此方法降的消耗量大,糖來越受到人們的關(guān)注。生產(chǎn)燃料乙醇的原料主要有三大類:糧食類化時(shí)間長,造成成本居高不下向,物、經(jīng)濟(jì)類作物和木質(zhì)纖維素。目前,糧食類作物的生產(chǎn)工藝最為2.3生物糖化成熟,美國就是主要以糧食作為生產(chǎn)燃料乙醇的主要原料的,但這生物糖化是將預(yù)處理后的纖維素利用微生物分泌的水解酶直接種方法生產(chǎn)必然要消耗大盤糧食。據(jù)2003年相關(guān)統(tǒng)計(jì),全球乙醇總糖化,相當(dāng)于用微生物代菩酶。這種方法可以避免使用大量的酶,有產(chǎn)量61%是以甘蔗和甜萊為生產(chǎn)原料,燃料乙醇生產(chǎn)大國巴西就是效的降低生產(chǎn)成本,但也存在較多的問題,例如微生物的選育問題,甘蔗為主要原料,而歐盟則是以甜菜為主要原料。地球上每年大水解過程中雜藺的控制問題等,這些都會(huì)使生產(chǎn)過程復(fù)雜化,因此約形成1000億噸植物有機(jī)物,是自然界分布最廣、含量最多、價(jià)格這種方法目前還無法實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。低廉,而又未得到充分利用的可再生資源之一,利用價(jià)廉而來源廣3.曹種的選育方法泛的纖維原料生產(chǎn)燃料乙醇將對(duì)解決能源危機(jī)起到重要作用。美國乙醇發(fā)酵的菌種主要是酵母菌和細(xì)菌,細(xì)菌研充的較多的是運(yùn)可再生燃油協(xié)會(huì)指出,美國科學(xué)家正在接近于發(fā)明將纖維素材料加動(dòng)發(fā)酵單胞菌。日前菌種的選育方法除了從自然界中篩選外,主要工成乙醇有效辦法,但這種辦法進(jìn)行大規(guī)模商業(yè)生產(chǎn)可能要在5-6是通過基因工程的手段構(gòu)建基因工程菌。主要是構(gòu)建酵母工程菌和年之后才能實(shí)現(xiàn)。細(xì)工程莤。實(shí)驗(yàn)證明將木酮糖激酶基因XKSI克隆到已含有1.纖維原料的預(yù)處理工藝xYLl和xY2基因的酸酒酵母轉(zhuǎn)化子中,構(gòu)建新的釀酒酵母,乙醇目前纖維素的預(yù)處理工藝主要有物理法、化學(xué)法、物理化學(xué)結(jié)的產(chǎn)率明顯提高。這種釀酒酵母既可以單獨(dú)利用木糖和葡萄糖,也合法和生物法四大類。能實(shí)現(xiàn)兩種糖的共同利用。此外,細(xì)蘸和真菌的纖維素酶基因已成物理法主要包括機(jī)被粉碎高溫分解、微波或超聲波液相熱水功的引入釀酒酵母中,并成功的表達(dá);將木糖異構(gòu)酶、木酬糖激酶預(yù)處理等?；瘜W(xué)法是目前研究的最多的方法,主要有酸處理、堿處轉(zhuǎn)酬和轉(zhuǎn)醛酶催化的木糖代謝途徑,引入運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞麟,成功理、有機(jī)溶劑處理氧化處理等。物理化學(xué)法則主要有蒸汽爆裂、氨發(fā)酵木糖生成乙醇。將質(zhì)粒pZB5轉(zhuǎn)化至運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌菡種ZM4纖維爆裂、CO3煬裂等。其中CO2爆破、臭氧處理、有機(jī)溶劑處理、氧(ATCC3821)中,得到了重組菌ZM4(pZB5),可發(fā)酵木糖和葡萄糖的化處理等方法,很少被應(yīng)用,報(bào)道不多?；旌咸恰Ｉ锓ㄊ切屡d的預(yù)處理方法,常用于降解木質(zhì)素的真菌是木腐此外,日本開發(fā)的項(xiàng)目使用新型育種技術(shù)一“細(xì)胞表層顯示技菌,通常是白腐菌、褐腐菌和軟腐菌。其中,軟腐菌的木質(zhì)素分解能術(shù)°,可以培育出具有這些功能的新型高效乙醇發(fā)酵微生物力很低,褐腐菌只能改變木質(zhì)素的性質(zhì)而不能分解木質(zhì)素,只有白4.發(fā)醵工藝腐菌分解木質(zhì)素的能力較強(qiáng)。目前國際上研究最多并表現(xiàn)出有效降目前纖維素的發(fā)酵工藝主要有先糖化后發(fā)酵(SHF)、邊糖化邊解能力的白腐真菌是黃孢原毛平革菌。白腐菌處理法作用條件溫發(fā)酵(SF和SSCF)、生料發(fā)酵、固定化發(fā)酵、混合菌種發(fā)酵、非等溫同和,能耗低,具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。但處理時(shí)間長,生產(chǎn)周期長,距實(shí)現(xiàn)工步糖化發(fā)酵法(NSF)、高濃度發(fā)酵、液化糖化連續(xù)發(fā)酵工藝、聯(lián)合生業(yè)化生產(chǎn)還有一定距離。因此,用基因工程對(duì)白腐菌進(jìn)行改良,篩選物加工工藝(CBP)等。以下主要介紹幾種方法,其余方法研充較,早不含纖維素酶、半纖維素酶的木質(zhì)素降解菌,將有助于拓展生物預(yù)多都報(bào)道處理的應(yīng)用1。4.1混合藺種發(fā)酵2.糖化工藝混合菌種發(fā)酵法是利用多碳源發(fā)酵乙醇的菌株發(fā)酵葡萄糖、木2.1釀法糖化糖、阿拉伯糖等單糖和寡糖的混合物。不過,碳源利用率低,乙醇產(chǎn)酸法糖化可分為稀酸法和濃酸法。稀酸法時(shí)纖維素上的氧原子率低,工藝及設(shè)備滿足代謝上有困難,可采用氣升柱發(fā)酵木糖和溢和溶液中的氫離子相結(jié)合,變得不穩(wěn)定,易和水反應(yīng),長鏈即在此處流柱發(fā)酵葡萄糖的串聯(lián)發(fā)酵工藝斷裂,從而實(shí)現(xiàn)纖維素長鏈的連續(xù)解聚,分解為葡萄糖。通常分為兩42液化糖化連續(xù)發(fā)酵工業(yè)個(gè)步驟:第一步用較低溫度分解半纖維素為木糖;第二步用較高溫前連續(xù)法日本采取細(xì)胞表層顯示、凝集性酵母技術(shù)的無蒸度分解纖維素為葡萄糖。在較低溫度下纖維素可完全溶解在硫酸煮、長期連續(xù)發(fā)酵法。通過“細(xì)胞表層顯示技術(shù)”培育出新型高效乙中,轉(zhuǎn)化成幾個(gè)葡萄糖單元的低聚糖,然后加水稀釋并加熱,一定時(shí)醇發(fā)酵微生物,當(dāng)用連續(xù)濃硫酸法處理過的纖維素(低聚糖和單糖的間后即水解為葡萄糖,此即濃酸法。此方法糖的回收率較高,但對(duì)設(shè)混合物)通過這種新型酵母的細(xì)胞表層分解后可轉(zhuǎn)化為葡萄糖,然后備的要求極高,酸必須回收。再發(fā)酵成為乙醇。這種方法提高了糖化效率,使高速發(fā)酵成為現(xiàn)實(shí)2.2酶法糖化菌體和酵素可在反應(yīng)器內(nèi)始終保持高濃度,可以持續(xù)反復(fù)使用葡聚糖內(nèi)切酶(ED)、纖維二糖水解酶(CBH)和B-葡萄糖苷酶43聯(lián)合生物加工工藝(CBP)(GL)協(xié)同作用糖化效果最佳。ED先在纖維素分子內(nèi)部打開缺口,形cBP是指利用一種工程菌來完成多步驟的生物反應(yīng)的技術(shù)成大量非還原性末端,之后CBH作用于非還原性末端形成纖維二CBP不包括生產(chǎn)纖維素酬的過程,因此底物和原料的消耗相對(duì)較技術(shù)論壇TECH中高新試術(shù)會(huì)血低。但是它對(duì)所用的微生物卻有較高的要求,所用的微生物必須比寬進(jìn)展農(nóng)業(yè)與枝米2006,26(4)傳統(tǒng)的纖維素發(fā)酵微生物具有更好的底物利用度和較好的產(chǎn)品構(gòu)(3]于斌,齊魯木質(zhì)纖維素生產(chǎn)燃料乙醇的研究現(xiàn)秋囚化工進(jìn)履型,因此需要對(duì)微生物進(jìn)行改造2006,25(3)5結(jié)束語「4]李蠱貴,賈樹彪,顧立文利用纖維素原料生產(chǎn)燃料酒精的研究進(jìn)隨著國際石油價(jià)格的狂氟和國內(nèi)對(duì)石油需求量的急劇增加,各展U]釀酒,2005,32(2)國積極開展能源多元化的方案,因此纖維乙醇研究已經(jīng)成為目前生[5]郭廷杰是、日利用纖維素生物質(zhì)原料制燃料乙醇的技末開發(fā)囚物質(zhì)液體燃料研究工作的重中之重。新的生產(chǎn)工藝雖然在不斷的研能源技術(shù),2004,25(2)究革新中,但許多有望大幅度降低生產(chǎn)成本的生產(chǎn)工藝還限于實(shí)驗(yàn){6]李猛,梁輝,王逑彬利用CBP發(fā)酵纖維素生產(chǎn)燃料乙醇的研究室階段,由于昂貴的預(yù)處理工藝、酶成本高、轉(zhuǎn)化效率低等問題目進(jìn)展河南化工2007,4前尚無法解決而無法實(shí)現(xiàn)工業(yè)化,因此,必須要加緊研究的步伐,使[7]劉炳全,李學(xué)風(fēng),高文,楊秀山木質(zhì)纖堆素制取燃軒乙醇藺種的新的工藝盡早應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中。研究可再生能源2007,25(4)8]乘行.纖維素將成為燃料乙醇生產(chǎn)主要原料們]糧食與油脂參考文獻(xiàn)2007,4[武冬梅,李冀新,孫新紀(jì)纖維素奧物質(zhì)發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇的研究[9孫智課,蔣,張俊波,劉麗萍世界各國木質(zhì)纖維原料生物轉(zhuǎn)化進(jìn)展團(tuán)釀酒科技2007,4燃料乙醇的工業(yè)化進(jìn)程釀酒科技2007,1[2]陳偉紅,聞德卉,杜風(fēng)光,宋安東纖維質(zhì)原料生產(chǎn)燃料乙醇的研作者單位系中國礦業(yè)大學(xué))∈已eEE∈∈E∈∈e∈三∈∈∈∈∈∈∈∈∈∈∈∈∈壬∈∈∈∈∈∈∈∈∈∈∈∈∈∈∈∈(上接63頁)大范圍的調(diào)查監(jiān)測(cè)中,遙感才能顯現(xiàn)其省時(shí)、省力、省錢的優(yōu)勢(shì)。例完全可以制作專門的專題片全面宜傳)和社會(huì)普及工作,使大多數(shù)如,土地調(diào)查在國家范圍內(nèi),省內(nèi),市內(nèi)運(yùn)用遙感來減輕工作量是可人都知道遙感是什么,有那些應(yīng)用領(lǐng)域,在實(shí)際工作中只要技術(shù)可行的,但到縣里甚至鄉(xiāng)里的小范圍內(nèi)購買遇感圖像和對(duì)圖像處理的行、經(jīng)濟(jì)合理就力爭(zhēng)使用。時(shí)間和費(fèi)用恐怕早大過于幾個(gè)工作人員去跑一趟的時(shí)間和費(fèi)用。另2、基礎(chǔ)理論薄弱外,企業(yè)使用遙感圖像時(shí),同樣存在相似的問題,低精度的圖像不能遙感是一門交叉學(xué)科,它是以地球科學(xué)、傳統(tǒng)數(shù)學(xué)、物理學(xué)、計(jì)算滿足應(yīng)用目的,精度不高、不可靠,而高精度的圖像向國外購買價(jià)格機(jī)科學(xué)、光學(xué)等多門學(xué)科為基礎(chǔ)的。遙感系統(tǒng)包括有信息源、倍息獲又太昂貴,因此降低應(yīng)用成本和加快圖像處理速度成為應(yīng)用中的重取、信息的接收、信息的處理和信息的應(yīng)用五大部分。在過去很長的要問題。時(shí)期內(nèi),我國遙感發(fā)展的政策一直以優(yōu)先發(fā)展信息獲取環(huán)節(jié)為指導(dǎo)6、商業(yè)化受到制約思想,而忽略了信息處理的重要環(huán)節(jié),以致于對(duì)于一些基礎(chǔ)數(shù)學(xué)、物縱觀古今商業(yè)化是任何技術(shù)發(fā)展最終的必然結(jié)果,遙感也不可理定理在遙感圖像像元尺度上的使用不清。這樣勢(shì)必造成實(shí)賤與理能例外。目前在國外商業(yè)化的程度相對(duì)先進(jìn),我國還是剛剛開始。雖論的脫節(jié),導(dǎo)致我國自主遙感源和許多國際先進(jìn)遙感源提供的大量然在汽車、航海等方面有了起步,但是因管理體制、技術(shù)水平、社會(huì)遙感數(shù)據(jù)在未經(jīng)確處理的情況下不能有效利用。技術(shù)經(jīng)濟(jì)環(huán)境、投入產(chǎn)出比低和社會(huì)認(rèn)知度低等因素的制約商業(yè)化因此,在未來遙感事業(yè)中,惟有國家增加基礎(chǔ)研究資金投入,提進(jìn)程發(fā)展較慢,范圍較窄。這些因素的影響只有隨著社會(huì)環(huán)境、技術(shù)高遙感基礎(chǔ)研究人員的待遇,加大基礎(chǔ)理論的研究,培養(yǎng)更多的研水準(zhǔn)不斷發(fā)展達(dá)到一定高度后才能完全消除,同時(shí)也需國家有計(jì)劃究型遙感人才,方能加強(qiáng)理論于實(shí)踐的結(jié)合,促進(jìn)遙感事業(yè)的長足地在科研投入、信貸政策、稅收政策等方面給予優(yōu)惠,促進(jìn)商業(yè)化的迅速發(fā)展3、圖像分辨蟬率不夠高四、結(jié)束語遙感圖像的分辨率不高也是我國遙感面臨的重大難題。雖然經(jīng)中國的遙感事業(yè)經(jīng)歷30余年,從無到有,從弱到強(qiáng),目前雖非過幾十年的努力,我國遇感圖像的分別率已經(jīng)有了質(zhì)的飛躍,但是最先進(jìn)國家但也是強(qiáng)國之一。遙感的廣泛應(yīng)用已使我國認(rèn)識(shí)地球、由于起步晚,依然難以達(dá)到很高的水準(zhǔn)。因此,在許多對(duì)分辨率要求研究地球的視點(diǎn)從地面、低空擴(kuò)展到太空,更使我們對(duì)我們居住的高的應(yīng)用中,我們只能花錢去購買更先進(jìn)國家的遙感圖像來使用,環(huán)境和所處的地球有了新的認(rèn)識(shí)。雖然,在發(fā)展的進(jìn)程中還存在許這就使我國在很大程度上受制于人,給國家國防安全、國民經(jīng)濟(jì)安多問題,但只要我們正確認(rèn)識(shí)到問題的根本所在,采取切實(shí)有效的全帶來隱患措施,就一定能在不遠(yuǎn)的將來趕上甚至超過國際先進(jìn)水平,使我國要改變這一現(xiàn)狀將是一個(gè)漫長的技術(shù)裝備提高的過程,也是技的遙感事業(yè)更加輝煌。術(shù)環(huán)境改善的過程,只有在提高傳感器加工工藝的基礎(chǔ)上,才能獲取高分辨率的圖像,從根本上解決問題。參考文獻(xiàn)4、研究經(jīng)費(fèi)沒有得到充分利用,創(chuàng)新成果少1尹球,匡定波促進(jìn)遙感發(fā)展的幾點(diǎn)思考]紅外與毫米波學(xué)報(bào),目前,我國研究遙感的單位很多,國家也投人了大量資金,但由2007,26(3)于缺乏統(tǒng)一的管理,各自為戰(zhàn)不能有機(jī)結(jié)合、協(xié)調(diào)合作與發(fā)展,因[2]李博,陳華,楊健遙感技術(shù)的發(fā)展趣勢(shì)分析中國資源綜合利此,重復(fù)研究、低起點(diǎn)研究等等現(xiàn)象頻繁出現(xiàn),研究中的模仿研究用,2007,25(9)多、創(chuàng)新成果少,導(dǎo)致國家投人資金浪費(fèi),未達(dá)應(yīng)有的效果。致使我[3]梅安新,彰望祿,秦其明,劉慧平遙患導(dǎo)論[M]北京:高等教出國遙感技術(shù)的發(fā)展中始終跟在西方發(fā)達(dá)國家后面,難以超越版社,2006.12因此加強(qiáng)全國統(tǒng)一學(xué)科協(xié)調(diào),組建全國一盤棋的協(xié)作網(wǎng)絡(luò),研14胡著智,王慧麟陳欽巒陳東航天航空逯感技術(shù)與應(yīng)用[M],南京:究方向和課題的合理分工是解決問題有效方法南京大學(xué)出版社,2007.35、遙感在某些方面應(yīng)用的性價(jià)比低「5]率靜,鄧風(fēng)東,劉安麟,來延年基于遙感的延安市寶塔區(qū)土地利遙感圖像的用戶基本上是政府的氣象、農(nóng)林、地質(zhì)、礦產(chǎn)、水利、用變化研究囚測(cè)繪技術(shù)裝備,2007(3)海洋、環(huán)保、軍事、科學(xué)研究等部門,主要用于杜會(huì)公益事業(yè)。只有在作者單位系中國礦業(yè)大學(xué)環(huán)境與測(cè)學(xué)院)