技術論壇i-TECH中曝高新故術會業(yè)纖維原料生產(chǎn)燃料乙醇的研究進展◆文/劑越越李陣亮【摘要】纖維素將威為生產(chǎn)燃軒乙醇的主要原料。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。人們在尋求降低纖維原料生產(chǎn)燃料乙醇成本的方法,以盡快實現(xiàn)纖維原軒生產(chǎn)的工業(yè)化?！娟P鍵詞】纖維原料預處理糖化發(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。此方法酶的消耗量大,糖來越受到人們的關注。生產(chǎn)燃料乙醇的原料主要有三大類:糧食類化時間長,造成成本居高不下{,作物、經(jīng)濟類作物和木質(zhì)纖維素。日前,糧食類作物的生產(chǎn)工藝最為23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年相關統(tǒng)計,全球乙醇總糖化,相當于用微生物代替酶。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以甘蔗為主要原料,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蘸的控制問題等,這些都會使生產(chǎn)過程復雜化,因此約形成1000億噸植物有機物,是自然界分布最廣、含量最多、價格這種方法目前還無法實現(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)燃料乙醇將對解決能源危機起到重要作用。美國乙醇發(fā)酵的菌種主要是酵母菌和細菌,細菌研充的較多的是運可再生燃油協(xié)會指出,美國科學家正在接近于發(fā)明將纖維素材料加動發(fā)酵單胞菌。目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現(xiàn)7細菌工程曹。實驗證明將木酮糖激酶基因XKI克隆到已含有1.纖維原料的預處理工藝XYLl和xYL2基因的釀酒酵母轉(zhuǎn)化子中,構(gòu)建新的釀酒酵母,乙醇目前纖維素的預處理工藝主要有物理法、化學法、物理化學結(jié)的產(chǎn)率明顯提高。這種釀酒酵母既可以單獨利用木糖和葡萄糖,也合法和生物法四大類能實現(xiàn)兩種糖的共同利用。此外,細蘸和真菌的纖維素酶基因已成物理法主要包括機械粉碎、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;將木糖異構(gòu)酶、木酬糖激酶預處理等。化學法是目前研究的最多的方法,主要有酸處理、堿處轉(zhuǎn)酬酶和轉(zhuǎn)醛酶催化的木糖代謝途徑,引入運動發(fā)酵單胞菌,成功理、有機溶劑處理、氧化處理等。物理化學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)化至運動發(fā)酵單胞菌菌種ZM4纖維爆裂、CO2爆裂等。其中CO2爆破、臭氧處理、有機溶劑處理、氧(ATCC31821)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,很少被應用,報道不多混合糖。生物法是新興的預處理方法,常用于降解木質(zhì)素的真菌是木腐此外,日本開發(fā)的項目使用新型育種技術一“細胞表層顯示技菌,通常是白廣菌、褐腐菌和軟腐菌。其中,軟腐菌的木質(zhì)素分解能術”,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)酵工藝腐菌分解木質(zhì)素的能力較強。目前國際上研究最多并表現(xiàn)出有效降目前紆維素的發(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(SSF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,具有獨特的優(yōu)勢。但處理時間長,生產(chǎn)周期長,距實現(xiàn)工步糖化發(fā)酵法(NsSF)、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,用基因工程對白腐菌進行改良,篩選物加工工藝(CBP)等。以下主要介紹幾種方法,其余方法研究較,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多都報這。處理的應用14.1混合菌種發(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1酸法糖化糖、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。稀酸法時纖維素上的氧原子率低,工藝及設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,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,從而實現(xiàn)纖維素長鏈的連續(xù)解聚,分解為葡萄糖。通常分為兩4.2液化糖化連續(xù)發(fā)酵工業(yè)個步驟:第一步用較低溫度分解半纖維素為木糖;第二步用較高溫目前連續(xù)法日本采取細胞表層顯示、凝集性酵母技術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“細胞表層顯示技術”培育出新型高效乙中,轉(zhuǎn)化成幾個葡萄糖單元的低聚糖,然后加水稀釋并加熱,一定時醇發(fā)酵微生物,當用連續(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,但對設混合物)通過這種新型酵母的細胞表層分解后可轉(zhuǎn)化為葡萄糖,然后備的要求極高,酸必須回收。再中國煤化工率,使商速發(fā)酵成為現(xiàn)2.2酶法糖化葡聚糖內(nèi)切酶(ED)、纖維二糖水解酶(CBH)和B-葡萄糖苷酶CNMHG可以持續(xù)反復使(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的技術。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)纖維素酶的過程,因此底物和原料的消耗相對較64-技術論壇i-TECH中高新試術會血低。但是它對所用的微生物卻有較高的要求,所用的微生物必須比究進展]農(nóng)業(yè)與棧術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)狀化工進展型,因此需要對微生物進行改造間2006,25(3)5結(jié)束語4」李盛貴,賈樹彪,顧立文,利用纖維素原料生產(chǎn)燃料酒精的研究進隨著國際石油價格的狂氟和國內(nèi)對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術開發(fā)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)工藝還限于實驗間6]*猛,粱輝,王巡彬利用CBP發(fā)酵纖維素生產(chǎn)燃料乙醇的研究室階段,由于昂貴的預處理工藝、酶成本高、轉(zhuǎn)化效率低等回問題目進展團河南化工2007,4前尚無法解決而無法實現(xiàn)工業(yè)化,因此,必須要加緊研究的步伐,使[7劉炳全,李學風,高文,楊秀山木質(zhì)纖維素制取燃料乙醇首種的新的工藝盡早應用到工業(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.椎食與油爾參考文獻2007,41]武冬梅,李冀新,孫新紀纖維素類物質(zhì)發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇的研究[9孫智謀,蔣聶,張俊波,劉麗萍世界各國木質(zhì)纖維原料生物轉(zhuǎn)化進展U]釀酒科技2007,4燃料乙醇的工業(yè)化進程[釀酒科技2007,1[2]陳偉紅,聞德冉,杜風光,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)大學三 EEEEEEEE∈∈∈∈∈∈三∈∈∈∈已∈∈∈∈∈∈任∈∈∈∈∈∈∈∈∈∈∈∈∈∈∈∈∈(上接63頁)大范圍的調(diào)查監(jiān)測中,遙感才能顯現(xiàn)其省時、省力、省錢的優(yōu)勢。例完全可以制作專門的專題片全面宜傳)和社會普及工作,使大多數(shù)如,土地調(diào)查在國家范圍內(nèi),省內(nèi),市內(nèi)運用遙感來減輕工作量是可人都知道遙感是什么,有那些應用領域,在實際工作中只要技術可行的,但到縣里甚至鄉(xiāng)里的小范圍內(nèi)購買選感圖像和對圖像處理的行、經(jīng)濟合理就力爭使用時間和費用恐怕早大過于幾個工作人員去跑一趟的時間和費用。另2、基礎理論薄弱外,企業(yè)使用遙感圖像時,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科、它是以地球科學、傳統(tǒng)數(shù)學、物理學、計算滿足應用目的,精度不高、不可靠,而高精度的圖像向國外購買價格機科學、光學等多門學科為基礎的。遙感系統(tǒng)包括有信息源、信息獲又太昂貴,因此降低應用成本和加快圖像處理速度成為應用中的重取、信息的接收、信息的處理和信息的應用五大部分。在過去很長的要問題。時期內(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),以致于對于一些基礎數(shù)學、物縱觀古今商業(yè)化是任何技術發(fā)展最終的必然結(jié)果,邐感也不可理定理在遙感圖像像元尺度上的使用不清。這樣勢必造成實賤與理能例外。目前在國外商業(yè)化的程度相對先進,我國還是剛剛開始。雖論的脫節(jié),導致我國自主遙感源和許多國際先進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、技術水平、杜會遙感數(shù)據(jù)在未經(jīng)確處理的情況下不能有效利用技術經(jīng)濟環(huán)境、投入產(chǎn)出比低和社會認知度低等因素的制約商業(yè)化因此,在未來遙感事業(yè)中,惟有國家增加基礎研究資金投入,提進程發(fā)展較慢,范圍較窄。這些因素的影響只有隨著社會環(huán)境、技術高遙感基礎研究人員的待遇,加大基礎理論的研究,培養(yǎng)更多的研水準不斷發(fā)展達到一定高度后才能完全消除,同時也需國家有計劃究型遙感人才,方能加強理論于實跋的結(jié)合,促進遙感事業(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,促進商業(yè)化的發(fā)展迅速發(fā)展3、圖像分辨率不夠高四、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,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,但是最先進國家但也是強國之一。遙感的廣泛應用已使我國認識地球、由于起步晚,依然難以達到很高的水準。因此,在許多對分辨率要求研究地球的視點從地面、低空擴展到太空,更使我們對我們居住的高的應用中,我們只能花錢去購買更先進國家的遙感圖像來使用,環(huán)境和所處的地球有了新的認識。雖然,在發(fā)展的進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)濟安多問題,但只要我們正確認識到問題的根本所在,采取切實有效的全帶來隱患。措施,就一定能在不遠的將來趕上甚至超過國際先進水平,使我國要改變這一現(xiàn)狀將是一個漫長的技術裝備提高的過程,也是技的遙感事業(yè)更加輝煌。術環(huán)境改善的過程,只有在提高傳感器加工工藝的基礎上,才能獲取高分辨率的圖像,從根本上解決問題摯考文獻4、研究經(jīng)賣沒有得到充分利用,創(chuàng)新成果少1尹球,匡定波促進遙愚發(fā)展的幾點思考囚虹外與毫米波學報目前,我國研究遙感的單位很多,國家也投入了大量資金,但由2007,26(3)于缺乏統(tǒng)一的營理,各自為戰(zhàn)不能有機結(jié)合、協(xié)調(diào)合作與發(fā)展,因(2]李博,陳華,楊健遙感技術的發(fā)晨趨勢分析團]中國資源綜合利此,重復研究、低起點研究等等現(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,導致國家投入資金浪費,未達應有的效果。致使我[3]梅安新,彭望祿,秦其明,劉慧平遙感導論[M]北京高等教育出國遙感技術的發(fā)展中始終跟在西方發(fā)達國家后面,難以超越。版社,2006.12因此加強全國統(tǒng)一學科協(xié)調(diào),組建全國一盤棋的協(xié)作網(wǎng)絡,研4胡著陳欽巒陳東.航天航空遙感技術與應用[M]南京究方向和課題的合理分工是解決問題有效方法。南京大中國煤化工5、遙感在某些方面應用的性價比低5平靜彭的延安市寶塔區(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CNMHG海洋、環(huán)保、軍事、科學研究等部門,主要用于杜會公益事業(yè)。只有在(作者單位系中國礦業(yè)大學環(huán)境與測學院