木質(zhì)纖維轉(zhuǎn)化制燃料乙醇的研究進(jìn)展論文與綜述木質(zhì)纖維轉(zhuǎn)化制燃料乙醇的研究進(jìn)展卓治非,房桂干,施英喬,鄧擁軍,盧婷婷(中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所,江蘇南京210042)[摘要]綜述了蒸汽爆破、微波輔助等木質(zhì)纖維原料的預(yù)處理方法,分析了木質(zhì)纖維原料的酸水解與酶水解,總結(jié)了木質(zhì)纖維原料發(fā)酵制取乙醇的三種最新發(fā)酵工藝,即同步糖化發(fā)酵、固定化細(xì)胞發(fā)酵、利用高效微生物發(fā)酵。我國(guó)在木質(zhì)纖維原料生產(chǎn)燃料乙醇的技術(shù)應(yīng)用已取得了重要進(jìn)展,首次采用連續(xù)汽爆技術(shù)建設(shè)成500t/年纖維素乙醇產(chǎn)業(yè)化試驗(yàn)裝置,河南建成首條年產(chǎn)3000t的纖維乙醇產(chǎn)業(yè)化試驗(yàn)生產(chǎn)線。[關(guān)鍵詞]木質(zhì)纖維原料;燃料乙醇;預(yù)處理;水解糖化;發(fā)酵工藝隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,世界對(duì)能源的需求1預(yù)處理急速上升。同時(shí)環(huán)境問題的日益嚴(yán)重和世界石油資源的匱乏,促使人類迫尋可替代石油的清潔可再由于木質(zhì)纖維原料的復(fù)雜結(jié)構(gòu)以及纖維素本生能源。利用木質(zhì)纖維生產(chǎn)的燃料乙醇正是一種身所具有的結(jié)晶結(jié)構(gòu),木質(zhì)纖維質(zhì)原料直接進(jìn)行水新型可再生能源。傳統(tǒng)的燃料乙醇采用玉米、小麥解時(shí),所得的還原糖含量很低,一般只有10%~為原料,經(jīng)發(fā)酵而制成,我國(guó)人口眾多糧食資源20%左右。為了提高還原糖含量,必須對(duì)木質(zhì)纖有限,為了遵循“不與人爭(zhēng)糧,不與糧爭(zhēng)地”的原則維原料進(jìn)行一定的預(yù)處理。木質(zhì)纖維原料的預(yù)處我國(guó)政府大力倡導(dǎo)發(fā)展以木質(zhì)纖維原料制取燃料理方法主要包括物理法(機(jī)械粉碎高能輻射微波乙醇。木質(zhì)纖維原料主要包括林業(yè)廢棄物農(nóng)業(yè)廢處理等)化學(xué)法(酸、堿、有機(jī)溶劑等)生物法物棄物。我國(guó)木質(zhì)纖維原料豐富秸稈年產(chǎn)量約7×理化學(xué)法(蒸汽爆破)等。由于處理效果預(yù)處理10t,林業(yè)廢棄物約2×102,用其生產(chǎn)燃料乙醇所需成本、對(duì)環(huán)境的影響及后續(xù)水解發(fā)酵效率等各無(wú)額外CO2排放,對(duì)解決能源與環(huán)境問題具有重因素的綜合影響目前研究較為廣泛的預(yù)處理方法要的現(xiàn)實(shí)意義。木質(zhì)纖維主要由纖維素、半纖維有:蒸汽爆破法、微波輔助預(yù)處理、酸堿預(yù)處理以及素、木素三大組分構(gòu)成其中纖維素和半纖維素是超臨界二氧化碳預(yù)處理。制備燃料乙醇的重要原料。纖維素是由葡萄糖通.1蒸汽爆破過1,4糖苷鍵連接成的線性高分子聚合物,通蒸汽爆破法主要利用高溫高壓蒸汽處理原料,常含有600~1000°葡萄糖單元。半纖維素是以通過瞬間壓力的突變來破壞纖維原料的結(jié)構(gòu)。在不同量的幾種糖單元組成的共聚物,包括木糖、甘此過程中原料在高溫高壓條件下熱降解、半纖維素露糖、葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖、半乳糖尾酸,其自催化降解為可溶性糖,纖維素結(jié)晶度提高,聚合中以木糖含量最高。目前木質(zhì)纖維原料生產(chǎn)燃料度減小,木質(zhì)素軟化口。影響蒸汽爆破的主要因素乙醇主要技術(shù)流程包括原料預(yù)處理、水解糖化、發(fā)包括處理時(shí)間與溫度。Hor等以小麥秸稈為酵、乙醇的回收。本文從原料預(yù)處理、水解糖化、發(fā)原料,在170~220℃范圍內(nèi)使用18種爆破條件處酵應(yīng)用及其今后的發(fā)展趨勢(shì)五個(gè)部分綜述了國(guó)內(nèi)理小麥秸桿,研究表明小麥秸稈在210℃下處理外發(fā)展燃料乙醇的最新研究進(jìn)展l0min,酶解后葡萄糖含量最高;在190℃下預(yù)處理,酶解后木收稿日期:2013-04-16下中國(guó)煤化衛(wèi)預(yù)處理溫度使得木糖進(jìn)基金項(xiàng)目:林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(201204801)CNMHG面發(fā)酵產(chǎn)乙作者滴介治非,福建寧德人,在讀項(xiàng)士生,主要從事生物質(zhì)醇。 Asada等用雜汽爆傲舌處埋柳杉,100樣化學(xué)化研究品在45atm下處理3min,經(jīng)處理樣品在溫度2013年第3期《黑龍江造紙》45℃、pH5.0、轉(zhuǎn)速140r/min、20FPU/g酶的條件比1:13微波功率230W、預(yù)處理時(shí)間5min,木素下酶解T2h,可得49.6g葡萄糖;在溫度40℃、去除率46.1%,酶解還原糖得率71.41%;丙酸pH5.0、轉(zhuǎn)速100rpm、20FPU/g酶的條件下,經(jīng)釀25%、固液比1:13、微波功率230W、預(yù)處理時(shí)間酒酵母同步發(fā)酵后可得17.4g乙醇。5min,木素去除率51.54%,酶解還原糖得率80蒸汽爆破法具有處理效率高無(wú)危險(xiǎn)化學(xué)試08%劑、糖回收率高等優(yōu)點(diǎn),但此法只適于處理硬木1.3酸預(yù)處理和秸稈等木質(zhì)纖維原料,并且處理后會(huì)產(chǎn)生糠醛和酸法是研究最早、最成熟的預(yù)處理方法包括有機(jī)酸等抑制物1。為了防止抑制物對(duì)后續(xù)酶解稀酸和濃酸二種處理方法。由于濃酸的腐蝕性及發(fā)酵的影響,目前采用蒸汽爆破法時(shí),添加稀酸、對(duì)環(huán)境的污染,要求反應(yīng)設(shè)備具有很高的抗腐蝕能氨、CO2等催化劑,以防止抑制物的產(chǎn)生、提高處力,同時(shí)為了不影響后續(xù)水解發(fā)酵,所用的酸必須理效果。 Talebnia等采用稀酸爆破法與磷酸預(yù)回收,因此應(yīng)用受到限制。目前多采用稀酸預(yù)處理紙管殘留物,經(jīng)預(yù)處理的紙管酶解72h后葡萄處理工藝。稀酸法通常在140~190℃下采用質(zhì)量糖含量分別為67%和93%而未經(jīng)預(yù)處理的紙管濃度為0.1%~1%的酸處理,可溶解大部分半纖酶解后葡萄糖含量只有49%。楊健等在溫度維素,改變纖維素的聚合度和結(jié)晶結(jié)構(gòu),但對(duì)木素60~80℃,壓力1~4MPa,處理時(shí)間10~30min的的去除能力有限山, Dubey等20在溫度120℃、條件下,研究液氨爆破對(duì)稻草秸稈成分以及稀酸水固液比1:10、反應(yīng)時(shí)間2h、硫酸濃度0.5N下用解還原糖得率的影響。發(fā)現(xiàn)當(dāng)液氨爆破條件為溫稀酸法預(yù)處理廢紙,處理后的廢紙經(jīng)稀酸水解、樹度70℃、壓力2.5MPa、液氨40g、秸稈40g、處理干畢赤酵母發(fā)酵可得3.73士0.16g/L乙醇,發(fā)酵時(shí)間20min時(shí),處理后秸稈纖維素含量35.99%、效率為77.54±4.47%。 Yang Hai-yan等2在半纖維素含量16.71%,纖維素結(jié)晶度降低,殘?jiān)?20℃下用0.5%的硫酸處理三倍體白楊木屑2h經(jīng)稀硫酸水解還原糖得率最高達(dá)38.83%。處理后殘?jiān)煤?5%NaOH的70%乙醇分餾1,2微波輔助預(yù)處理可得60.3%的纖維素經(jīng)酶解后69.4%的纖維素微波法具有促進(jìn)熱效率提高反應(yīng)速度、降低轉(zhuǎn)化為葡萄糖反應(yīng)時(shí)間等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛用于各種化學(xué)過程。1.4堿預(yù)處理但是微波一般在160℃以上對(duì)木質(zhì)纖維原料進(jìn)行堿預(yù)處理主要是應(yīng)用堿去除木素以及部分半預(yù)處理,過高的溫度會(huì)使纖維素降解,并且產(chǎn)生發(fā)纖維素,改變木質(zhì)纖維原料的結(jié)晶度,增加酶對(duì)纖酵抑制物有機(jī)酸與糠醛等。目前多采用微波輔助維素的可及度,提高糖化率2)。目前常用的堿有酸堿預(yù)處理來降低預(yù)處理所需的高溫。此法可降NaOH、Ca(OH)2、氨水。堿處理的機(jī)理是削弱纖解木素和半纖維素,增加木質(zhì)纖維原料的酶解維素與半纖維素之間氫鍵以及皂化半纖維素和木率素之間的酯鍵,使得木質(zhì)纖維原料更具多孔性3Binod等Ⅶ研究微波輔助酸微波輔助堿、微 Mclntosh等在121t℃下使用2%NaOH處理小波輔助酸堿預(yù)處理對(duì)甘蔗渣酶解率的影響,結(jié)果表麥秸稈60min,可提高其酶解糖化率,與未經(jīng)預(yù)處明預(yù)處理的最佳條件為:在微波-酸預(yù)處理時(shí),微波理的相比,酶解后還原糖含量提高了6.7倍;在功率100W、硫酸1%、預(yù)處理時(shí)間30min條件下,60℃下使用2%NaOH處理小麥秸稈90min,與未每克絕干物料酶解后可得0.249g還原糖;在微波經(jīng)預(yù)處理的相比,酶解后還原糖含量提高了4.9堿預(yù)處理時(shí),微波功率600W、氫氧化鈉1%、預(yù)處倍。 Beukes等251發(fā)現(xiàn)用氨水處理甘蔗渣,可去除理時(shí)間4min條件下,每克絕干物料酶解后可得0.大量木素,并且甘蔗渣的水解率與未作上述預(yù)處理665g還原糖;在微波堿、酸預(yù)處理時(shí),微波功率的相比提高了13.13倍。600W、氫氧化鈉1%、硫酸1%、預(yù)處理時(shí)間4min1.5超臨界二氧化碳預(yù)處理?xiàng)l件下,每克絕干物料酶解后可得0.83g還原糖。超臨界且+7RMPa)和溫度Gong Gui-fen等用微波輔助有機(jī)酸預(yù)處理稻(31.1℃)都中國(guó)煤化工質(zhì)。本方草,研究酸濃、固液比、微波強(qiáng)度、處理時(shí)間對(duì)木素法主要利用x月及,麗二氧化碳的去除的影響。得到最佳處理工藝:醋酸25%、固液特殊溶解能力。超臨界二氧化碳為綠色溶劑,對(duì)環(huán)8木質(zhì)纖維轉(zhuǎn)化制燃料乙醇的研究進(jìn)展境友好、價(jià)格低廉、回收利用方便2),但由于成本萄糖苷酶水解纖維二糖為葡萄糖31。與酸法水解較高,此種方法目前還處于試驗(yàn)階段。 Naray相比,酶水解條件溫和、專一性強(qiáng)、水解后發(fā)酵抑制anaswamy等201使用超臨界二氧化碳預(yù)處理玉米物較少,但纖維素酶成本較高,不利于工業(yè)化利用。秸稈與柳枝,發(fā)現(xiàn)在3500ps和150℃下使用超臨因此目前多致力于優(yōu)化酶解條件和尋找產(chǎn)纖維素界二氧化碳預(yù)處理玉米秸稈60min,酶解后葡萄糖酶的高效菌株,降低酶水解的成本。 Zambarel含量達(dá)到最高30%而未作預(yù)處理直接酶解葡萄等用響應(yīng)面法優(yōu)化玉米秸稈酶解條件,發(fā)現(xiàn)在糖含量只有12%;而用超臨界二氧化碳預(yù)處理柳溫度45℃、pH4.5、酶用量20FPU/g、酶解時(shí)間枝,酶解后葡萄糖含量與未作預(yù)處理直接酶解的相96h、固體負(fù)荷10%條件下酶解葡萄糖含量最高比并未顯著提高。GaMa等2在110℃、57.6%酶解液經(jīng)釀酒酵母發(fā)酵葡萄糖轉(zhuǎn)化率達(dá)30MPa下使用超臨界二氧化碳預(yù)處理稻草,酶解到94.9%。 Singh等研究纖維素酶吐溫80、后葡萄糖含量32.4±0.5%,而未作預(yù)處理直接酶葡萄糖苷酶對(duì)稻草酶解的影響,通過響應(yīng)面法優(yōu)化解,葡萄糖含量為27.7士0.5%;經(jīng)處理的稻草表酶解條件。發(fā)現(xiàn)纖維素酶1FPU/g(絕干)、0.面空隙增多,纖維素潤(rùn)脹疏松,有利于酶解。15%吐溫80、葡萄糖苷酶100U/g(絕干)條件下,酶解率最高84%,酶解液經(jīng)釀酒酵母、樹干畢2水解赤酵母、混合菌株發(fā)酵后,每克葡萄糖轉(zhuǎn)化為乙醇2.1酸水解的量分別為0.5g0.47g、0.48g酸水解主要包括濃酸和稀酸水解。濃酸可降3發(fā)酵工藝解纖維素為單糖纖維素在濃酸中的反應(yīng)為均相反應(yīng),水解過程為:纖維素→質(zhì)子化中間體→低聚糖木質(zhì)纖維原料發(fā)酵產(chǎn)乙醇的方法有間接發(fā)酵葡萄糖∞,Hasr等1)用80%的硫酸水解法,直接發(fā)酵法,同步糖化發(fā)酵法(SFy,非等溫同小麥秸稈30min,得到99%的戊糖和79%葡萄糖步糖化發(fā)酵法(NSSF)、固定化細(xì)胞發(fā)酵法)、利歐陽(yáng)平凱等2研究了濃酸水解木質(zhì)纖維素原料動(dòng)用高效微生物發(fā)酵法。本文主要介紹同步糖化發(fā)力學(xué),發(fā)現(xiàn)在50℃下用70%H2SO4處理紅松鋸屑酵法、固定化細(xì)胞發(fā)酵法和利用高效微生物發(fā)酵1h,糖化率為87.8%。稀酸水解一般在溫度法。3.1同步糖化發(fā)酵(SSF)160℃,壓力MPa下進(jìn)行,稀酸主要水解纖維素的在糖化過程中產(chǎn)生的纖維二糖、葡萄糖會(huì)反饋無(wú)定形區(qū),其水解效率主要受酸的濃度、反應(yīng)時(shí)間抑制纖維素酶的活性,從而發(fā)展了同步糖化發(fā)酵和溫度的影響12。由于稀酸水解所需溫度過高法。同步糖化發(fā)酵法是將酶解與發(fā)酵在同一個(gè)反單糖會(huì)進(jìn)一步水解為不利于發(fā)酵的甲酸、乙酸、糠應(yīng)器內(nèi)完成,這樣酶解產(chǎn)生的葡萄糖可被酵母菌株醛羥甲基糠醛、己糖酸等抑制物,目前多采用直接發(fā)酵利用,可以最大限度地減少酶解產(chǎn)物對(duì)酶二步法水解工藝。二步法主要利用不同條件分別制劑的抑制,并且發(fā)酵后產(chǎn)生的乙醇可避免發(fā)酵液水解半纖維素和纖維素可減少單糖在反應(yīng)器內(nèi)的被微生物侵染]。但是該方法也存在一些缺點(diǎn)。停留時(shí)間,避免單糖進(jìn)一步降解為發(fā)酵抑制物。王首先,最佳水解溫度為45~50℃,最佳發(fā)酵溫度為晨霞等用二步法水解玉米芯,第一步水解:在20~30℃,目前SSF多采用在35~38℃下操作最30℃下用70%的濃硫酸水解2h;第二步水解:在佳水解溫度與最佳發(fā)酵溫度的不統(tǒng)一,導(dǎo)致發(fā)酵效0.MPa下用4%的稀硫酸水解h。水解后還原率低;其次,預(yù)處理產(chǎn)生的有毒物質(zhì)和酵母細(xì)胞糖和五碳糖的轉(zhuǎn)化率分別為81%和46%。分裂過程中產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物會(huì)抑制酶的活性。2.2酶水解Ruiz等研究了溫度、底物濃度、酶用量對(duì)水解纖維素的酶屬于多酶體系,主要包括P1,SSF法處理小麥秸稈的影響并通過乙醇轉(zhuǎn)化率4內(nèi)切葡聚酶、1,4外切葡聚酶和β1,4-葡萄糖乙醇濃度以及二氧化碳濃度給予表征。發(fā)現(xiàn)酶用苷酶。其水解機(jī)制可分為三大步,首先-1,4內(nèi)切量對(duì)乙醇轉(zhuǎn)化率影響最大,隨用量和底物濃度對(duì)乙葡聚酶隨機(jī)內(nèi)切纖維素鏈的1,4葡萄糖;其次β醇和二氧化碳中國(guó)煤化工上、底物濃度1,4外切葡聚酶作用于還原性和非還原性多糖鏈2%酶用量3CNMH轉(zhuǎn)化率最高的末端,釋放出葡萄糖或纖維二糖;最后β1,4葡85.71%;在45℃、底物濃度3%酶用量30FPU/g2013年第3期《黑龍江造紙》的條件下,乙醇和二氧化碳濃度達(dá)到最高,分別為和10%木糖培養(yǎng)基中于37℃培養(yǎng)72h,乙醇產(chǎn)率14.84g/L和14.27g/L,此時(shí)乙醇轉(zhuǎn)化率為82.分別為對(duì)照組的21和5倍。 Tang Yue-qin等[74%。 Boonsawang等1發(fā)現(xiàn)在棕櫚纖維100kg/將絮凝酵母與耐熱酵母進(jìn)行原生質(zhì)體融合,形成新m3、纖維索酶6FPUg、β葡萄糖苷酶3U/g、pH5.型絮凝酵母,用于批量與連續(xù)發(fā)酵實(shí)驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)在糖0溫度35℃下,用SSF法發(fā)酵經(jīng)堿預(yù)水解6h的棕液稀釋率03h1、pH4.5、溫度35℃下,在一個(gè)0.櫚纖維24h,乙醇產(chǎn)量達(dá)10.4kg/m3,每千克纖維45L的反應(yīng)器內(nèi)連續(xù)發(fā)酵,最高乙醇生產(chǎn)率為20g素轉(zhuǎn)化為192克乙醇。此外,在SSF法發(fā)酵過程L·h);發(fā)現(xiàn)在稀釋率0.2h1、pH4.0、溫度35℃中補(bǔ)充預(yù)水解的棕櫚纖維在發(fā)酵12h后乙醇產(chǎn)量下,在兩個(gè)4.5L工作容量串聯(lián)的反應(yīng)器內(nèi)連續(xù)發(fā)最高12.1kg/m3,并且可以減少酶的用量,節(jié)約成酵,最高乙醇生產(chǎn)率為12.6g(L·h),可明顯減少本殘?zhí)呛?并具有抑制染菌的效果。3.2固定化細(xì)胞發(fā)酵固定化細(xì)胞技術(shù)就是通過物理化學(xué)方法將整4應(yīng)用個(gè)細(xì)胞固定在固相載體上,常用的載體有:卡拉膠、木質(zhì)纖維原料生產(chǎn)燃料乙醇的技術(shù)應(yīng)用已取海藻酸鈣、多孔玻璃等)。固定化細(xì)胞發(fā)酵可提得了重要進(jìn)展。近年,中糧集團(tuán)在黑龍江建設(shè)成高反應(yīng)器內(nèi)細(xì)胞濃度加快反應(yīng)速率細(xì)胞可連續(xù)500t/年纖維素乙醇試驗(yàn)裝置是世界上首次將連使用,提高乙醇產(chǎn)量并且反應(yīng)系統(tǒng)穩(wěn)定,便于實(shí)現(xiàn)續(xù)汽爆技術(shù)用于纖維素制乙醇的裝置河南天冠集自動(dòng)化[42)團(tuán)建成國(guó)內(nèi)首條年產(chǎn)3000t的纖維乙醇產(chǎn)業(yè)化試姚鵬等4用固定化釀酒酵母發(fā)酵和膜蒸餾耦驗(yàn)生產(chǎn)線,美國(guó) Verenium公司建成年產(chǎn)5299合生產(chǎn)乙醇,發(fā)現(xiàn)使用游離酵母細(xì)胞間歇發(fā)酵萬(wàn)升的纖維乙醇工廠,是美國(guó)第一個(gè)示范性的纖維13h,發(fā)酵液中乙醇質(zhì)量濃度32g/L、酵母細(xì)胞密度乙醇廠;加拿大 logen公司在薩斯喀徹溫省建設(shè)年57×10個(gè)/L、葡萄糖轉(zhuǎn)化率77%、乙醇產(chǎn)率3.產(chǎn)為8700萬(wàn)升纖維素乙醇的裝置,日本JGC公5g/(L·h);而在同樣培養(yǎng)條件下,用細(xì)胞密度為司與美國(guó) Arkenol公司在美國(guó)建設(shè)年產(chǎn)3000萬(wàn)102個(gè)/L凝膠的固定化酵母進(jìn)行間歇發(fā)酵12h,乙升的纖維素乙醇裝置。醇質(zhì)量濃度39g/L、葡萄糖轉(zhuǎn)化率79%和乙醇產(chǎn)率22.6g/(L·h);將固定化酵母細(xì)胞發(fā)酵與膜蒸5展望餾耦合,乙醇產(chǎn)率可達(dá)30g/(L·h)。宋向陽(yáng)等[4利用海藻酸鋁代替海藻酸鈣將樹干畢赤酵母固定木質(zhì)纖維轉(zhuǎn)化制燃料乙醇的研究和應(yīng)用雖已化,并用于同步發(fā)酵戊糖、己糖。當(dāng)混合糖質(zhì)量濃取得了一定的進(jìn)展,但仍存在諸多技術(shù)瓶頸有待解度為60g/L(50%葡萄糖、50%木糖)作為發(fā)酵底物決,如預(yù)處理能耗過大,占總能耗的50%~時(shí),海藻酸鈣固定化細(xì)胞的發(fā)酵液中乙醇濃度為60%5;水解糖化過程中酸需要回收且對(duì)設(shè)備防腐26g/L,而海藻酸鋁固定化細(xì)胞的發(fā)酵液中乙醇濃要求高;水解酶成本高,費(fèi)用約占整個(gè)過程的度提高至27.3g/L,總糖利用率為93.7%。60%3;發(fā)酵過程中菌株不耐高溫和高濃度乙醇3.3利用高效微生物發(fā)酵發(fā)酵性能不好。針對(duì)以上問題,研究應(yīng)從以下幾個(gè)目前能夠發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的微生物有:釀酒酵方面入手:在預(yù)處理過程中通過探索其所發(fā)生的母、樹干畢赤酵母、管囊酵母、休哈塔假絲酵母4物理和化學(xué)變化的機(jī)理、多種預(yù)處理方法相結(jié)合厭氧發(fā)酵單胞菌、棕櫚發(fā)酵菌、運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌39提高預(yù)處理效果降低能耗;在水解過程中:通過優(yōu)等。但由于乙醇耐受性、不能利用戊糖發(fā)酵產(chǎn)乙醇化酸水解工藝、采用二步酸法水解、探尋產(chǎn)纖維素等因素的影響,乙醇產(chǎn)量不高。近年來,隨著基因酶高效菌株,提高糖化率,降低酶成本;在發(fā)酵過程細(xì)胞工程的發(fā)展,用轉(zhuǎn)基因或細(xì)胞技術(shù)對(duì)菌株進(jìn)行中,利用基因與細(xì)胞工程,培養(yǎng)高效菌株。相信隨定向改造,從而提高菌株生產(chǎn)乙醇的能力,成為研著科學(xué)研究的不斷深入,木質(zhì)纖維原料生產(chǎn)燃料乙究熱點(diǎn)。醇終將實(shí)現(xiàn)工業(yè)化陸堅(jiān)等41通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)將運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌V凵中國(guó)煤化工[1]張迪,丁的乙醇脫氫酶基因和丙酮酸脫羧酶基因轉(zhuǎn)入大腸CNMHG產(chǎn)燃料乙醇技術(shù)[].釀酒,2006,33(5):56-58桿菌得到重組工程菌。重組菌在含10%葡萄糖[2]魏偉張金華,王莉我國(guó)燃料乙醇產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景[木質(zhì)纖維轉(zhuǎn)化制燃料乙醇的研究進(jìn)展天然氣技術(shù),2009,3(2):70-72[20 DUBEY A K, GUPTA P K, et al. Bioethanol pro-[3]MABEE W E, MCFARLANE P N, SADDLER J N.duction from waste paper acid pretreated hydroly-Biomass availability for lignocellulosic ethzate with xylose fermenting Pichia stipitis[J].Carduction[J]. Biomass and Bioenergy, 2011, 35(11)bohydrate Polymers, 2012, 88(3): 825-8294519-4529[21] YANG Hai-yan, WANG Kun, SONG Xian-liang,et[4]陳國(guó)符鄔義明植物纖維化學(xué)[M].北京:輕工業(yè)出al. Enhanced enzymatic hydrolysis of triploid poplar版社,1980:198-199following stepwise acidic pretreatment and alkaline[5]楊長(zhǎng)軍,汪勤,張光岳.木質(zhì)纖維素原料預(yù)處理技術(shù)研fractionation [J]. Process Biochemistry, 2012, 47究進(jìn)展[J釀酒科技,2008,165(3):85-89(4):619-62[6]趙志剛程可可張建安,等.木質(zhì)纖維素可再生生物[22] Kassim EA, Ek-shabed a s. Enzymatic and chemical質(zhì)資源預(yù)處理技術(shù)的研究進(jìn)展[J].現(xiàn)代化工,2006,hydrolysis of certain cellulosic materialsLJJ Agricul26(s2):39-44tural wastes,1986,17(3):229-233[7]閆軍馮連勛蒸汽爆破技術(shù)的研究[現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科23]衛(wèi)民劉天成蔣劍春生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化技術(shù)與應(yīng)用技,2009(11):278230(W)——植物原料水解制乙醇的技術(shù)與應(yīng)用[J]生[8]羅鵬,劉忠.燕汽爆破法預(yù)處理木質(zhì)纖維原料的研究物質(zhì)化學(xué)工程,200842(3):6470.[].林業(yè)科技,2005,30(3):53-56[24]MCLNTOSH S, VANCOV T Optimisation of dilute[9 HORN S J, NGUYEN Q D, WESTERENG B, et al.alkaline pretreatment for enzymatic saccharificationScreening of steam explosion conditions for glucoseof wheat straw [j]. Biomass and Bioenergy, 2011, 35production from non-impregnated wheat strawLJ].Bi(7):30943103.omass and Bioenergy, 2011, 35(12): 4879-4886[25] BEUKES N, PLETSCHKE B I Effect of alkaline[10] ASADA C, SASAKI C, UTO Y, et al. Effect ofpre-treatment on enzyme synergy for efficient hemisteam explosion pretreatment with ultra-high tem-cellulose hydrolysis in sugarcane bagasse[J]. Biore-perature and pressure on effective utilization ofsource Technology, 2011, 102(8): 5207-5213softwood biomass[J]. Biochemical Engineering[26]錢靜,孟暢,張文超,等.超臨界CO2流體中處理時(shí)Journal,2012,60(15):25-29間對(duì)大豆蛋白纖維結(jié)構(gòu)的影響[J.上海紡織科技,[11]楊尉,劉立國(guó)武書彬.木質(zhì)纖維素燃料乙醇生物轉(zhuǎn)11,39(10):10-13化預(yù)處理技術(shù)[J].廣州化工,2011,39(13):8-12[27] KIM K H, HONG Juan, Supercritical CO pretreat-[12]湛含輝,黃麗霖木質(zhì)纖維原料預(yù)處理與水解技術(shù)的ment of lignocellulose enhances enzymatic cellulose研究進(jìn)展[J].釀酒科技,2010(4):83-86hydrolysis [J ]. Bioresource Technology, 2001, 77[13] TALEBNIA F, TAHERZADEH M J. Utilization ofcarbohydrates content of paper tube residuals for [28] NARAYANASWAMY N, FAIK A, GOETZ D],etethanol production [J ]. Carbohydrate Polymersal. Supercritical carbon dioxide pretreatment of corn2012,87(3):2149-2153stover andswitchgrass for lignocellulosic etl[14]楊健,張健鐘霞,等.液氨爆破對(duì)稻草秸稈稀硫酸降production [J ]. Bioresource Technology, 2011, 102解工藝影響[J]糧食與油脂,2011(12):9-1(13):6995-7000[15] BADAWI M, FAHMY A A Enhancement of etha- [29] GAO Miao, XU Feng, LI Shur-rong, et al. Effect ofnol production by simultaneous saccharification andSC-CO2 pretreatment in increasing rice straw biofermentation (SSF)of rice straw using ethoxylatedmass conversion[J]. Bioresource Technology, 2010span 20[J]. Preparative Biochemistry and Biotechnology,2012,42(1):44-59[30]張毅民楊靜呂學(xué)斌,等.木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)酸水解[16] AZUMA J, TANAKA F, KOSHIJIMA T Enhance-研究進(jìn)展[]世界科技研究與發(fā)展,2007,29(1):4854.ment of enzymatic susceptibility of lignocellulosic [31] HAUSSER N, MARINKOVIC S, ESTRINE B Im-wastes by microwave irradiation [J]. Fermentationproved sulfuric acid decrystallization of wheat strawTechnology,1984,62(4):377-384.to obtain high yield carbohydrates [J]. Cellulose[17] BINOD P, Satyanagalakshmi K, Sindhu R, et al.11,18(6):1521-1525Short duration microwave assisted pretreatment en-[32]歐陽(yáng)平凱,陳茺陳育如,等木質(zhì)纖維素原料濃酸水解hances the enzymatic saccharification and ferment的動(dòng)力學(xué)研究林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè),1993,13(1):7782.able sugar yield from sugarcane bagasse[J.Re[33]王晨霞,方慧英諸葛健等兩步酸水解玉米芯條件newable Energy, 2012, 37(1): 109-116及其酒精發(fā)酵的初步研究[J].食品與發(fā)酵工業(yè),[18] GONG Gui-fen, LIU Dan-yu, HUANG Yu-dong2004,30(4):36-38Microwave-assisted organic acid pretreatment for [34] XUE Ying, JAMEEL H, PHILLIPS R, et al. Splitenzymatic hydrolysis of rice straw[J].Biosystemsaddition of enzymes in enzymatic hydrolysis at highEngineering,2010,107(2):67-73[19] TAHERZADEH M J, KARIMI K Pretreatment of中國(guó)煤化工 f Industriallignecelhlosic wastes to impmve ethanol and bidandCNMHG2):707-714.production: a review [J]. International Jturna[35] ZAMBAREL V P, CHRISTOPHER L P OptimizaMolecular Sciences, 2008(9):1621-1651tion of enzymatic hydrolysis of corn stover for im-2013年第3期《黑龍江造紙》proved ethanol production [J]. Energy Explorationclarification and fermentation(SSF)[J].Biomass8. Exploitation,2012,30(2):193-205and Bioenergy, 2012, 40: 127-132.[36] SINGH A, BISHNOI N R. Optimization of enzy[42]許蘇葵,何秀良固定化細(xì)胞發(fā)酵酒精研究的進(jìn)展matic hydrolysis of pretreated rice straw and ethaLJ].微生物學(xué)雜志,1995,15(2):61-65nol production[. Bioenergy and Biofuels,2012,93[43]姚鵬馬潤(rùn)宇固定化細(xì)胞發(fā)酵膜蒸餾耦合生產(chǎn)乙醇(4):1785-1793的研究[北京化工大學(xué)學(xué)報(bào),199825(4):6-10[37]馬現(xiàn)剛,徐恒泳,李文釗.木質(zhì)纖維素生產(chǎn)燃料乙醇[44]宋向陽(yáng)毛連山,楊富國(guó)等海藻酸鋁固定化酵母生產(chǎn)的研究進(jìn)展[門].天然氣化工,2008,33(4):60-65酒精的研究[]林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè),2002,22(2):4346.[38] OJEDA K, SANCHEZ E, El-HALWAGI M, et al. Ex[45陰春梅劉忠齊宏升,等生物質(zhì)發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的研ergy analysis and process integration of bioethanol pro-究進(jìn)展[釀酒科技,2007,151(1):87-90duction from acid pre-treated biomass: omparison of[46]陸堅(jiān),韋宇拓黃鯤等.利用葡萄糖、木糖生產(chǎn)燃料SHF, SSF and SSCF pathways[J]. Chemical Engineer酒精的基因工程菌構(gòu)建[J].廣西農(nóng)業(yè)生物科學(xué),ng journal,2011,176-177(1):1952012005,24(3):187-190[39]張瑞芹.生物質(zhì)衍生的燃料和化學(xué)物質(zhì)[M.鄭州:[47] TANG Yue-qin, AN Min-zhe, LIU Kai.,etl.Etha鄭州大學(xué)出版社,2004:170175nol production from acid hydrolysate of wood bio-[40] RUIZ H A, SILVA D P, RUZENE D S, et al. Bio-mass using the flocculating yeast Saccharomycesethanol production from hydrothermal pretreatedcerevisiae strain KF-7 [J]. Process Biochemistrywheat straw by a flocculating Saccharomyces cervi2006,41(4):909-914.siae strain- Effect of process conditions[J].Fuel,[48]杜風(fēng)光,馮文生秸稈生產(chǎn)乙醇示范工程進(jìn)展[J].現(xiàn)2012,95(1):528-536代化工,2009,29(1):16-19.[41] BOONSAWANG F, SUBKAREE Y, SRINORAK[49]張杰張曉東等纖維素乙醇能源研究及產(chǎn)業(yè)化進(jìn)UTARA T. Ethanol production from palm pressed展[C]/2007中國(guó)生物質(zhì)能科學(xué)技術(shù)論壇論文集fiber by prehydrolysis prior to simultaneous sa沈陽(yáng),2007:123-126.Research Advances in Production of Fuel Ethanol From LignocellulosicZHUO Zhi-fei, FANG Gui-gan, SHI Ying-qiao, DENG Yong-jun, LU Ting-tingInstitute of Chemical Industry of Forest Products, CAF, Nanjing 2100042, China)Abstract: This paper summarized the pretreatment methods of lignocellulosic materials in the paper, suchas steam explosion, microwave- assisted. Acid hydrolysis and enzyme hydrolysis of lignocellulosic materials are analyzed. Moreover, the three latest fermentation technologies of produced ethanol by fermenting lignocellulosic materials are summarized, which are simultaneous saccharification and fermentationimmobilized cell fermentation and using high microorganism fermentation. We have achieved the impor-tant progress in the technology application of producing fuel ethanol by lignocellulosic materials in orcountry. It was the first time to build the industrialization tester of producing 500 t/year cellulosic ethanol by the continuation steam explosion technology. The industrialization test production line of produ-cing 3000t/year cellulosic ethanol has come true in Henan Province.Keywords: lignocellulosic; fuel ethanol; pretreatment; saccharification; fermentation technologiesseseseeocseoeseoeocscseseooeseceseececeseseseeseesesesceseseseweeseeseseeeseesesescso(上接第6頁(yè))The Para-aramid Fibers Structure, Performance and applicationsJIANG Ming, LU Zhaoqing, ZHANG Mei-yun, YANG Bin, LIU Jun-hua( Shaanxi University of Science Technology, rian, 710021 China)Abstract: Para-aramid fiber is a kind of high-tech synthetic fiber which is applied to military, commercial, agriculture and other fields, the material can not be obtained in the work of modern people's livesbut in our country, the research started too late and production technology is poor, so the researchgreat significance. This paper described the development of the para-aramid fiber in the domestic and o-verseas, and revealed the facts that domestic technology is poor, but progress is fast, in addition, this paper elaborated on the molecular structure and apparent structure of aramid fiber, and then chopped fiberand pulp fibers's preparation technology, and thus demonstrated fully the stability of para-aramid fiberlike as high strength, modulus, corrosion resistance, wear resistaneermal. the lnw conductivi-ty, in the end, this paper introduced briefly the basic use of arami中國(guó)煤化工 ecognition inour countrys future development prospects of aramid fibersCNMHGKeywords: para-aramid fiber; structure; performance; application12