釀酒科技2009第5期(總第179期) LIQUOR-MAKING SCIENCE& TECHNOLOGY2000501降低木質(zhì)纖維素燃料乙醇生產(chǎn)成本的分析吳連禎,林鹿(華南理工大學(xué)資源科學(xué)與工程系,廣東廣州510640)摘要:自然界最豐富的可再生資源木質(zhì)纖維素經(jīng)過轉(zhuǎn)化可以制取新能源——燃料乙醉,為解決當(dāng)前的能源危機(jī)、糧食危機(jī)和環(huán)境危機(jī)提供了一條出路。由于成本方面限制的原因,纖維素乙醇目前并沒有完全商業(yè)化。從原料、預(yù)處理、纖維素酶、發(fā)酵和蒸餾、生物精煉等方面分析了降低纖維素乙醇成本的可行性關(guān)鍵詞:新能源;燃料乙醇;木質(zhì)纖維素;成本中圖分類號:TS2622;TS2614;TQ353:Q556文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1001-9286(2009)05-00906Analysis of Reducing Production Cost of Fuel Ethanol by LignocelluloseWU Lian-zhen and LIN LuDepartment of Resource Science and Engineering, South China University of Technology, Guangzhou, Guangdong 510640, China)Abstract: As the most aboundant renewable resource on the planet, lignocellulose could be used to produce the new energy-fuel ethanol, whichprovides a solution to the existing energy crisis, food crisis and environment crisis. owever, lignocellulosic ethanol has not achieved completecommercialization yet due to high production cost. In this paper, the feasibility of the programs to reduce productionethanol from the aspects of raw materials, pretreatment, cellulase, fermentation, distillation and biorefining was ala/aed cost of lignocellulosicKey words: new energy resources; fuel ethanol; lignocellulose; cost隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,各國對能源的依賴性越維素乙醇始終沒有完全商業(yè)化。文章綜述了從原料、預(yù)處來越強(qiáng),而人類所面對的一個不爭的事實就是石油資源理、纖維素酶、發(fā)酵和蒸餾、生物精煉這些主要方面降低在枯竭"。尋找可替代石油的新能源已成為大家的共同成本的可行性分析。目標(biāo)。燃料乙醇作為一種可持續(xù)、低二氧化碳排放的新能源受到了大家的廣泛關(guān)注P6?；诘矸鄣挠衩仔←?、木薯等,基于糖的甘蔗等,以及基于木質(zhì)纖維素的秸稈、蔗渣、木屑等都可作為燃料乙醇的原料,但淀粉類和糖類原料的產(chǎn)量,不足以滿足未來制造大量燃料乙醇的需求,而平咖且它們降低二氧化碳排放的效果也不如木質(zhì)纖維素原料Residue for po明顯團(tuán)。因此,以木質(zhì)纖維素原料為主生產(chǎn)燃料乙醇成為各國的共識,并且得到了各國政府的大力支持。圖1酶法水解木質(zhì)纖維素原料制取燃料乙醇的流程圖冂早期木質(zhì)纖維素乙醇的研究主要是采用酸法水解纖1降低原料成本的分析維素原料成單糖然后通過酵母發(fā)酵得到乙醇,但酸法水解要消耗大量的酸、對反應(yīng)設(shè)備要求高、能耗高,且不符木質(zhì)纖維素原料的來源廣泛,包括各種林木與草類、合未來社會綠色化學(xué)的發(fā)展方向。酶法水解發(fā)酵制取燃農(nóng)業(yè)廢棄物、林業(yè)廢棄物、工業(yè)廢棄物及城市生活廢棄物料乙醇是當(dāng)前主流的研究方向。圖1為酶法水解木質(zhì)纖等91。原料本身的成本并不高(如目前玉米秸稈60元維素原料制取乙醇的簡單流程圖。與酸法水解相比酶法左右),但由于原料的收集、運(yùn)輸、儲存等都需要一定的水解條件溫和、不生成有毒降解物糖得率高設(shè)備投資成本,因此最終的原料成本會漲到200~300元t。為了低,符合未來的發(fā)展方向。由于生產(chǎn)成本方面的原因紆降低建應(yīng)該考慮原料就近、中國煤化工金項日國自基科等基全①7033素博點(diǎn)基全200CNMHG.63計劃(200407089收稿日期:20003-18作者簡介:吳連禎(1982-),男,碩士,山東秦安人,主要從事植物資源轉(zhuǎn)化與生物質(zhì)化工研究工作通訊作者:林鹿博士生導(dǎo)師E-mail:liulin@cut.edu.cn釀酒科技200年第5期(總第179期) LIQUOR-MAKING SCIENCE& TECHNOLO2005o規(guī)模適度的原則叫。一定規(guī)模的生產(chǎn)工廠可以合理有效分離,固體在130~150℃下洗滌后,以SSF工藝水解發(fā)地利用資源,發(fā)揮規(guī)模優(yōu)勢。但規(guī)模的不斷擴(kuò)大,原料成酵,結(jié)果表明與未經(jīng)分離及洗滌的原料相比,乙醇產(chǎn)量增本也會增加叫。2002年,美國國家再生能源實驗室加了50%達(dá)到同樣乙醇產(chǎn)量的反應(yīng)時間降低了43%。(NREL)的技術(shù)報告分析得出了一個以玉米秸稈為原料 Moiser!等人用控制pH的熱水法處理玉米秸稈,反應(yīng)器的工廠,合理規(guī)模為日處理秸稈20004000。收集方中原料占16%,190℃下處理15min,乙醇的產(chǎn)量達(dá)到式也是影響原料成本的重要方面。 petralia分析認(rèn)為原理論產(chǎn)量的88% Teymouri測等人確定了氨爆破法處理料在切碎后收集將比直接打捆收集更能節(jié)省成本,以一玉米秸稈的最佳條件為:90℃,原料濕度60%,1kg絕個年產(chǎn)0.189hm的乙醇工廠為例,原料在切碎后收集比千原料氨用量1kg,處理時間5min。Kim2等人分析了直接打捆收集成本1t少12美元,而且工廠規(guī)模擴(kuò)大后,不同條件下石灰預(yù)處理玉米秸稈的效果后認(rèn)為,通風(fēng)的效果更為明顯。此外,借助后續(xù)工藝,增加原料的單位產(chǎn)條件下,溫度為55℃,處理4個星期時較為理想,經(jīng)過此值也是降低原料成本的重要手段。以玉米秸稈為例,國外條件處理的原料,以15FPU/g纖維素的酶用量水解,葡4t秸稈可生產(chǎn)1t乙醇,而國內(nèi)需要6t秸稈才能生產(chǎn)1萄糖和木糖的產(chǎn)率分別達(dá)到932%和795%t乙醇,原料成本優(yōu)勢由此可見。但是,這些預(yù)處理方式也都存在一些缺點(diǎn)2。如不同原料的組成成分有明顯的差別,生產(chǎn)燃料乙醇應(yīng)用稀酸處理需要耐腐蝕性的反應(yīng)器,水解液需要進(jìn)行所主要利用的纖維素和半纖維素盡可能高,木質(zhì)素盡可酸的中和;蒸汽爆破和熱水處理對設(shè)備要求高,處理過程能低,將有助于隨后的預(yù)處理以及水解發(fā)酵的過程,提高會產(chǎn)生一些糖降解產(chǎn)物如糠醛5-羥甲基糠醛(HMF)等,產(chǎn)率,整體上降低最終成本。從此種意義上說,在原料選而這些產(chǎn)物會抑制隨后微生物對糖的發(fā)酵;石灰預(yù)處理擇上,應(yīng)該盡可能地選用纖維素和半纖維素含量高、木質(zhì)需要進(jìn)行很長的時間等。采取多種預(yù)處理方式的聯(lián)用,相素含量低的原料。原料的選擇最初將是以較低成本的廢互取長補(bǔ)短,也許是未來預(yù)處理更有效、低成本的重要手棄物原料為主,而當(dāng)下游技術(shù)瓶頸突破、成熟以后,應(yīng)開段。如將蒸汽爆破與酸催化劑結(jié)合,相比單獨(dú)的蒸汽爆發(fā)一個以能源作物為主的綜合原料供應(yīng)系統(tǒng)叫。這些能破,可以降低反應(yīng)時間和溫度,減少抑制劑的生成,改善源作物需要很少的投入?yún)s有很高的產(chǎn)量,而且不與糧食酶處理的效果,被認(rèn)為是一種最接近于商業(yè)化的預(yù)處理作物爭地。通過基因技術(shù),還可以改變這些作物的組分,技術(shù)團(tuán)。目前這種技術(shù)在美國NREL和瑞典 SEKAB的中增加纖維素、半纖維素這些高價值組分的含量;改變作物試工廠都進(jìn)行了廣泛試驗,并且應(yīng)用到了加拿大 logen的性質(zhì),使其更易于后續(xù)的預(yù)處理和酶水解過程,最終降公司的示范工廠中。低乙醇的生產(chǎn)成本在我國中科院布局的纖維素乙醇項目中,原料預(yù)處2降低原料預(yù)處理成本的分析理成本目標(biāo)是低于0.1美元/加侖乙醇。但不管采用何種預(yù)處理方式,為了節(jié)省成本,都應(yīng)該把藥品和水的使用原料預(yù)處理的目的是為了去除木質(zhì)素、半纖維素對能量的輸人減到最低。此外,在降低預(yù)處理成本的同時還纖維素的保護(hù)作用,破壞纖維素的晶體結(jié)構(gòu),增加纖維素應(yīng)兼顧后續(xù)工藝,不以增加后續(xù)工藝的成本為代價。的可接觸面積,以提高纖維素的酶解轉(zhuǎn)化率嗎。目前,預(yù)處理的成本在整個的生產(chǎn)成本中所占的比例是最高的,3降低纖維素酶成本的分析據(jù)估計可達(dá)03美元/加侖乙醇,對于整個的生產(chǎn)過程和在整個的成本中,纖維素酶所占的成本也是相對較生產(chǎn)成本影響最大。如 Wyman所說,“成本比預(yù)處理高的。對纖維素酶高產(chǎn)菌進(jìn)行篩選和誘變育種,改進(jìn)纖維更高的一步就是不處理”。原料不經(jīng)預(yù)處理直接進(jìn)行水解素酶的生產(chǎn)技術(shù),提高纖維素酶的產(chǎn)量;改善纖維素酶的會使乙醇的最終得率會低于20%原料的預(yù)處理方式有性能以及選擇合理的酶系組成提高酶的比活性;循環(huán)利很多, Mosier認(rèn)為最有經(jīng)濟(jì)性以及未來前景的包括稀纖維素酶,這些方式都可以降低纖維素酶的成本。酸預(yù)處理、蒸汽爆破預(yù)處理、控制pH的熱水預(yù)處理、石3.1選育纖維素酶高產(chǎn)菌株,改進(jìn)纖維素酶生產(chǎn)技術(shù)灰和氨處理。 Eggeman'等人分析了在同等條件下以不絲狀真菌是纖維素酶最主要的來源其中木霉屬(里同的方式預(yù)處理玉米秸稈對乙醇成本的影響,得出結(jié)論氏木霉、綠色木霉等)是目前應(yīng)用最多、最有效的產(chǎn)酶菌認(rèn)為預(yù)處理成本:稀酸法<氨爆破法<石灰法<氨循環(huán)株四中國煤化工生菌株產(chǎn)酶能力比較過濾法<熱水法。對現(xiàn)行的處理方式進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化,低。CNMH(以及所產(chǎn)纖維素酶的提高預(yù)處理的效果,是降低成本的有效方式。 Nicholas(活力,誘變育種是一個有效的途徑。林英叫等以綠色木酶等人用稀硫酸通過單步批式預(yù)處理白楊木屑,然后固液F264為出發(fā)菌株制備其原生質(zhì)體,經(jīng)紫外誘變處理,篩吳連禎,林鹿降低木質(zhì)纖維素燃乙醇生產(chǎn)成本的分析選出1株纖維素酶高產(chǎn)突變綠色木酶FUV264,其產(chǎn)酶商業(yè)酶大多就是活性最大配比合理的酶復(fù)合物能力和濾紙酶活都增加了約3倍。利用堪因組重組技術(shù)33纖維素酶的循環(huán)利進(jìn)行菌株的選育是近年來提出的一種新的方法,這種方纖維素酶作為一種催化劑,決定了其具有可以循環(huán)法可以更為快速和高效的篩選出優(yōu)良菌株。利用的性質(zhì)。纖維素酶的循環(huán)利用可以降低酶的成本,但纖維素酶的生產(chǎn)方式包括液體發(fā)酵和固體發(fā)酵兩隨著利用次數(shù)的增多,纖維素酶的活性會逐漸降低,而且種固體發(fā)酵法投資少,工藝簡單,產(chǎn)品價格低廉,然而固纖維素酶的吸附能力和原料中的木素對循環(huán)利用的次數(shù)體發(fā)酵法生產(chǎn)的纖維素酶很難提取、精制。液體發(fā)酵培養(yǎng)也有影響以。纖維素酶的循環(huán)利用也可以通過纖維素條件容易控制,不易染雜菌,生產(chǎn)效率高雖然其動力消酶的固定化來實現(xiàn)。固定化酶與水溶性酶相比具有下列耗大設(shè)備要求高仍然具有廣闊的前景。任何菌種發(fā)酵優(yōu)點(diǎn):(1)極易將纖維素酶與底物、產(chǎn)物分開;(2)可在較長都有自己最佳的發(fā)酵條件。pH值溫度通氧量接種量、時間內(nèi)反復(fù)進(jìn)行分批反應(yīng)和裝柱連續(xù)反應(yīng);()可提高纖發(fā)酵時間、培養(yǎng)基成分及配比對纖維素酶的產(chǎn)量都有影維素酶的穩(wěn)定性和使用率;(4)產(chǎn)物溶液中酶的殘留較響,因此在選擇合理發(fā)酵工藝的同時,應(yīng)該優(yōu)化培養(yǎng)條少,簡化了提純工藝。件,這對于提高酶活、降低生產(chǎn)成本是很重要的。杰能科和諾維信是國際上兩大主要的酶制劑生產(chǎn)32改善纖維素酶的性能、選擇合理的纖維素酶系商。在NREL的資助下,兩家公司都已經(jīng)將生產(chǎn)1加侖在對結(jié)構(gòu)和反應(yīng)機(jī)理認(rèn)識的基礎(chǔ)上,利用基因工程燃料乙醇所需纖維素酶生產(chǎn)成本從2001年5美元的水改善纖維素酶的性能-,包括增強(qiáng)在不同溫度及pH值平降到大約02美元,而且他們計劃能使纖維素酶的成下的穩(wěn)定性提高抵抗水解終產(chǎn)物抑制的能力提高酶的本繼續(xù)降低至01美元以下。為了促進(jìn)纖維素酶成本的比活性從而降低水解底物所需要的單位用酶量,將有助降低,應(yīng)該加大對反應(yīng)機(jī)理的研究,更好地認(rèn)識反應(yīng)機(jī)于纖維素酶成本的降低。 Teter等冽利用定點(diǎn)突變、定向理,將有助于更好地降低成本。他和突變PCR擴(kuò)增和DNA分子進(jìn)化,產(chǎn)生了里氏木酶4降低發(fā)酵和蒸餾成本的分析的變種,突變株在酵母中表達(dá)選育后其熱穩(wěn)定性和熱活性都超過了母體。 Bower介紹了將不同菌種的內(nèi)切酶引木質(zhì)纖維素水解后能產(chǎn)生戊糖和己糖兩種不同的單人里氏木霉纖維素酶的方法。把 Acidothermus cell-糖其中纖維索水解產(chǎn)生葡萄糖;半纖維素水解產(chǎn)生木糖lolyticus B的GH5A蛋白,融合到里氏木酶的纖維二糖酶(陸生植物占60%~90%)、阿拉伯糖等戊糖,甘露糖、半中后,發(fā)現(xiàn)在纖維素的糖化過程中重組酶具有更高的活乳糖、葡萄糖等己糖。普通的釀酒酵母很難將戊糖發(fā)酵性結(jié)果顯示6h達(dá)到20%的纖維素轉(zhuǎn)化率,而用母本為乙醇, Hinman等人曾分析了木材制乙醇過程中木糖的纖維素酶則需要10h在結(jié)構(gòu)和反應(yīng)機(jī)理認(rèn)識基礎(chǔ)上,利用與否對生產(chǎn)成本的影響,結(jié)果表明木糖被利用后可引人或突變與水解相關(guān)的保守性氨基酸殘基,可以提高使生產(chǎn)成本由165美元/加侖降至123美元/加侖。因酶的活性。β-葡萄糖苷酶能水解纖維二糖為葡萄糖,對此,戊糖的利用成為降低乙醇成本的重要一項η。選擇于反應(yīng)的徹底完成有重要作用。Kim叫等人利用原位活合理的發(fā)酵工藝,并對工藝中不利于發(fā)酵的因素加以改性染色法從 Aspergillus fumigatus中分離出了一種新的善,可促進(jìn)成本的降低。發(fā)酵完成后需要對乙醇進(jìn)行純β-葡萄糖苷酶,經(jīng)過基因編碼和異源表達(dá),使其具有了化改善純化過程對于降低成本也是必要的。苷酶更高的熱穩(wěn)的r和A甲 pergillus oryzae B-葡萄糖41枘建混合糖發(fā)酵茵比典型 Aspergillus n理想的纖維素乙醇發(fā)酵菌應(yīng)能發(fā)酵所有水解產(chǎn)生的纖維素酶由內(nèi)切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶、B-葡萄糖,具有對木素單體、乙酸和其他抑制性副產(chǎn)物的良好抗糖苷酶3種不同的組分組成,3種類型的酶在水解過程性并在同步發(fā)酵丁藝中與纖維素酶有協(xié)同作用同?；旌现杏胁煌墓δ?纖維素的水解大多是由3種酶協(xié)同作菌株構(gòu)建的代謝工程可以通過兩種方法進(jìn)行。一種是從用完成的,任何類型酶的缺失都會對水解產(chǎn)生不利的影能夠利用廣泛底物的微生物,如大腸桿菌出發(fā)(Es響。如里氏木霉是一種高效的產(chǎn)酶菌種,但由于其較低的 cherichia coli),利用其本來就有的戊糖利用能力,通過基β-葡萄糖苷酶活,降低了水解木質(zhì)纖維素的能力因此因工程改善其產(chǎn)物的選擇性及其他同合成產(chǎn)物相關(guān)的特補(bǔ)充額外的β一葡萄糖苷酶活成為提高酶解效率的有效性呵竿能右抽地利田女質(zhì)纖維素材料的水解中國煤化方式酶系比例的不當(dāng)對于水解也會產(chǎn)生不利影響,選擇生成耐性。但大腸桿菌缺及組合對水解有最大影響的酶類型,可以促進(jìn)纖維素的少CNMHG酵解過程產(chǎn)生的副產(chǎn)有效水解以及酶的合理利用,降低成本。目前市場上的物較多(主要為有機(jī)酸)。早在19837年, Ingram就利用運(yùn)101釀酒科技2009年第5期(總第179期)· LIQUOR- MAKING SCIENCE& TECHNOLOGY200N.To19動發(fā)酵單胞菌( Zymomonas mobilis)中的高活力丙酮酸脫工藝(CBP),它是把纖維素酶的生產(chǎn)纖維素水解糖的發(fā)氫酶(PDC)和乙醇脫氫酶基因(ADHI構(gòu)建了PET操縱酵結(jié)合在一個反應(yīng)器內(nèi)完成。這種方式簡化了工藝減少并將該操縱子導(dǎo)入大腸桿菌中表達(dá),結(jié)果大腸桿菌工了反應(yīng)容器。由于沒有了纖維素酶的生產(chǎn)問題,與最理程菌株的乙醇產(chǎn)量得到了極大的提高。當(dāng)前眾多在大腸想條件下酶生產(chǎn)、纖維素水解和糖發(fā)酵成本為089美桿菌上開展的代謝工程也取得了很大成功明。元/加侖的SSCF工藝相比,CBP用于纖維素水解和糖另一種方法是從已有很高產(chǎn)物選擇性和其他產(chǎn)物合發(fā)酵的成本僅為0042美元/加侖。成特性的乙醇發(fā)酵菌株,如釀酒酵母( Saccharomyces4.3改進(jìn)純化過程cerevisiae)和運(yùn)動發(fā)酵單胞菌( Zymomonas mobilis)出發(fā),車用燃料乙醇要求乙醇的濃度達(dá)到995%vol以通過代謝工程手段賦予其利用戊糖發(fā)酵的能力。運(yùn)動上,一般發(fā)酵液中的乙醇濃度低于20%,需要進(jìn)行發(fā)酵單胞菌具有高效、快速轉(zhuǎn)化己糖為乙醇的能力,乙醇提純。傳統(tǒng)的乙醇純化主要是蒸餾法,當(dāng)乙醇濃度達(dá)到產(chǎn)量可以比普通酵母發(fā)酵高5倍回,但由于自身缺少必95%wo時,由于共沸點(diǎn)的存在,必須進(jìn)行二次蒸餾。以要的代謝途徑而使其無法利用木質(zhì)纖維素水解產(chǎn)生的木苯作脫水劑的共沸蒸餾最具有代表性。膜化學(xué)分離法是糖等戊糖成分。 Mohagheghi等將代謝木糖、阿拉伯糖的很有發(fā)展前景的提純新技術(shù),但應(yīng)用還不是很廣泛。蒸餾7個必需酶的基因整合近 z. mobilis的染色體上的特異位過程中耗費(fèi)大量的能量,為了減少蒸餾過程中的能量輸點(diǎn)-乳酸脫氫酶基因(ldh)中,構(gòu)建菌株具有利用戊糖的人,發(fā)酵液中乙醇的濃度應(yīng)盡可能高。能力發(fā)酵混合糖的乙醇產(chǎn)率達(dá)到理論值的84%,同時5生物精煉以降低生產(chǎn)成本的分析減少了副產(chǎn)物乳酸的形成。釀酒酵母是傳統(tǒng)的乙醇發(fā)酵生產(chǎn)菌株具有很高的發(fā)酵速率和乙醇耐性,但現(xiàn)有的現(xiàn)代成功的石油化工及糧食乙醇產(chǎn)業(yè)精煉技術(shù)證工業(yè)菌株都不能利用木糖等戊糖。 Kuyper等將明,充分利用木質(zhì)纖維素原料的各種組分,盡可能地提升Piromyces XYLA的木糖異構(gòu)酶基因在釀酒酵母中表達(dá)和拓展原料各組分的經(jīng)濟(jì)價值,聯(lián)合生產(chǎn)乙醇和部分高得到的菌株發(fā)酵木糖和葡萄糖混合物的能力比釀酒酵母值產(chǎn)品的生物精煉技術(shù),是實現(xiàn)纖維素乙醇商業(yè)化的重提高了2倍。要突破口,也是纖維素乙醇產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然方向。木素此外為提高菌株的性能誘變和馴化也是有效的手是木質(zhì)纖維素原料的重要組成部分,占原料的10%~25段。 Wahlbom等將染色體重組釀酒酵母TMB9經(jīng)%,目前木素主要是作為燃料使用經(jīng)濟(jì)價值較低。通過誘變后得到了木糖發(fā)酵性能更好的TBM3400,成為代謝改性后木素可變?yōu)榫哂懈邇r值的混凝土減水劑、水處理工程和誘變技術(shù)結(jié)合的良好范例。不同的原料不同的處劑、水煤漿分散劑等產(chǎn)品。木素也是DMSO苯酚、乙烯理過程產(chǎn)生不同的戊糖和己糖的比例,不同糖比例,如木等的天然化學(xué)前體,還可以用來生產(chǎn)膠黏劑、碳纖維等眾糖含量較高的混合糖液中利用 Pstipitis發(fā)酵,乙醇得率多產(chǎn)品⑤。半纖維素水解生成的低聚糖可用作飼料添加較高。劑,生成的木糖除了可以發(fā)酵為乙醇還可用來生產(chǎn)木糖4.2改善發(fā)酵工藝醇、糠醛和呋喃樹脂等。纖維素水解生成的葡萄糖,可早期采用的是分步水解發(fā)酵工藝(SH,纖維素水部分用于生產(chǎn)乙酰丙酸蟻酸等高價值的有機(jī)酸圖2是解和水解液的乙醇發(fā)酵分別在不同的容器內(nèi)進(jìn)行,但由對玉米秸稈乙醇產(chǎn)業(yè)發(fā)展單一產(chǎn)品以及多種產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)于纖維二糖和葡萄糖對水解過程的抑制大大增加了纖維性分析,可以看出發(fā)展多種產(chǎn)品遠(yuǎn)比發(fā)展單一產(chǎn)品有經(jīng)素酶的成本,于是開發(fā)了同步糖化發(fā)酵工藝(SSF),即纖濟(jì)可行性維素水解和水解液的乙醇發(fā)酵在同一個容器中進(jìn)行,水其中,玉米秸稈共含有361kg葡萄糖、241kg木糖解產(chǎn)生的葡萄糖馬上被酵母所利用,消除了葡萄糖和纖36kg阿拉伯糖等少量其他多糖、208kg木素和32kg乙維二糖濃度的增加對纖維素酶的抑制作用。與SHF工藝酸。預(yù)處理和水解得到的糖為總糖的90%;戊糖和己糖相比,SSF工藝可以提高約40%的乙醇產(chǎn)量,而且減少發(fā)酵生成的乙醇為理論產(chǎn)量的85%和90%;乙醇1.50了反應(yīng)所需的設(shè)備。但這種工藝存在的主要問題是纖美元/加侖、乙酸1.00美元/kg、高值化木素110美元維素酶解和乙醇發(fā)酵的溫度不一致。選擇合適的發(fā)酵菌kg燃燒用木素004美元/kg木糖1.20美元/kg。Sm株成為關(guān)鍵。后來由同步糖化發(fā)酵法(SSF)衍生出了同pe中國煤化工有木素作為燃料使用步糖化共發(fā)酵法(ScpF,即戊糖和己糖在同一個容器內(nèi)Pati素一半用做燃料,一半共同發(fā)酵為乙醇進(jìn)一步提高了轉(zhuǎn)化效率,降低了成本。·用,CNMH〔銜品。 Complete表示葡近年來又出現(xiàn)了一種具有誘人前景的新工藝-聯(lián)合生物萄糖轉(zhuǎn)化為乙醇,木糖和其他少量多糖轉(zhuǎn)變?yōu)楦咧祷?02吳連禎林龐·降低木質(zhì)纖維素燃料乙醇生產(chǎn)威本的分析700thanol[9]Philippidis GP, Hatzis C Biochemical engineering analysis ofcritical p Process factors in the biomass-to-ethanol technologyU. Biotechnol Prog. 1997, 13: 222400[10] Lee J Biological conversion of lignocellulosic biomass tothanol []. J Biotechnol, 1997,56: 1-2[ll] Kaylen M, Van D DL, Choi Y S, et al. Economic feasibility ofproducing ethanol from lignocellulosic feedstocks [Bioresour Technol, 2000,72: 19-32.[12] Petrolia DR. The economics of harvesting and transporting comstover for conversion to fuel ethanol: a case study for Minne-圖2基于玉米秸稈的不同精煉模式的經(jīng)濟(jì)性分析sota [J]. Biom and Bioe. 2008, 32: 603-612產(chǎn)品,所有木素用作聚合物材料,乙酸作為一種商品。[13] Aden A, Ruth M, Ibsen K, et al. Lignocellulosic biomass toethanol process design and eccs utilizing co-current6結(jié)束語dilute acid prehydrolysis and enzymatic hydrolysis for com由于基于不同的原料、生產(chǎn)工藝及生產(chǎn)規(guī)模等,目前stove[C]. National Renewable Energy Laboratory Report.2002,TP-510-32438.關(guān)于纖維素乙醇成本的報道略有差異。文獻(xiàn)[4提到纖[14]Yang B, Wyman CE. Advancing cellulosic ethanol technology維素乙醇的成本已由4美元/加侖以上降至12~15美in China門化學(xué)進(jìn)展,2007,19:1072-1075.元/加侖。文獻(xiàn)6]分析得出的纖維素乙醇成本為216美[1s] Mosier n, Wyman C,DaeB, et al. Features of promising tech-元,分別低于當(dāng)時糧食乙醇和汽油價格0.24美元、008nologies for pretreatment of lignocellulosic biomass J美元。文獻(xiàn)[23]中提到,原油價格在歐洲達(dá)到70美元/Bioresour Techno, 2005, 96: 673-686桶,在美國達(dá)到50~60美元/桶,纖維素乙醇與汽油相[6] Huber Gw,boms. Corma A. Synthesis of transportation fuels比就具有競爭力。當(dāng)前的石油價格,已使纖維素乙醇顯示from biomass: chemistry, catalysts, and engineering []. Chem出了一定的競爭力。眾多商業(yè)化的工廠已經(jīng)建成或正在Rev2006,106:4044-4098建設(shè)中纖維素乙醇實現(xiàn)商業(yè)化將指日可待。但為了讓[l7 Eggeman T, Elander RT. Process and economic analysis of燃料乙醇始終保持價格上的優(yōu)勢,防止石油價格波動帶pretreatment technologies [] Bioresour Technol, 200596:2019-2025來的負(fù)面影響,仍需要從各個環(huán)節(jié)考慮繼續(xù)壓縮成本[18] Nicholas JN, Richard TE, Mildred MN, et al. Efficacy of a hot參考文獻(xiàn):washing process for pretreated Yellow Poplar to enhance[1 Campbell, CJ, Laherrere, JH. The end of cheap oil Sci Am,bioethanol production []. Biotechnol Prog, 2002, 18: 734-738.998,(3):78-83[19] Mosier N, Hendrickson R, HoN, et al. Optimization of pH con-[2] Pimental D, Patzek TW. Ethanol production using com, switchtrolled liquid hot water pretreatment of com stover []grass, and wood; biodiesel production using soybean andBioresour Technol, 2005,96: 1986-1993sunflower []. Nat Resour Res, 2005, 14): 65-76[20] Teymouri F, Laureano-Perez L, Alizadeh, et al. Optimization of[3] Sun Y, Cheng JY. Hydrolysis of lignocellulosic materials forthe ammonia fiber explosion (AFEX) treatment parameters forreview [] Bioresour Technol, 2002,enzymatic hydrolysis of com stover []. Bioresour Technol,2005,96:20142018[4] Sanderson K. A field in ferment []. Nat, 2006, 444: 673-676[21] Kim S, Holtzapple[5] Zhang YHP. Reviving the carbohydrate economy via multhydrolysis of com stover []. Bioresour Technol, 2005product lignocellulose biorefineries []. J Ind Microbiol96:1994-2006.Biotechnol2008,35:367-375[22] Wyman CE, Dale BE, Elander RT, et al. Coordinated develop-[6] Solomon BD, Bames JR, Halvorsen KE. Grain and cellulosicment of leading biomass pretreatment technologies [].ethanol: history, economics, and energy policy [].Biomass andBioresour Technol, 2005,96: 2026-2032Bioenergy. 2007,3IL416-425.[23] Balat M, Balat H, Oz C. Progress in bioethanol processing [][7 Galbe M, Zacchi G1-573.中國煤化工efficient bioethanol production [J]. Adv Biochem Engin Biote-生質(zhì)體誘變篩選纖維素chnol,2007,108:41-65CN MHGo-51[8]曲音波纖維素乙醇產(chǎn)業(yè)化團(tuán)化學(xué)進(jìn)展200719):[25]Hibbert EG, Baganz F, Hailes HC, et al. Directed evolution of1098-1108[] Biomol Eng, 2005, 22: 11-19.釀酒科技200年第5期(總第179期) LIQUOR-MAKING SCIENCE& TECHNOLOGY200Ns[26]Zhang YHP, Himmel ME, Mielenz JR Outlook for cellulase1989,20:391-401Improvement: screenlection strategies [J]. Biotechnol[37] Lee J. Biological conversion of lignocellulosic biomass toAdv,2006,24:452-481.ethanol [] J Biotechnol, 1997, 56: 1-24[27] Tao H, Cornish vW. Milestones in directed enzyme evolution[38]Ingram LO, Conway T, Clark DP, et al. Genetic engineering of[]. Curr Opin Chem BioL, 2002, (6): 858-864ethanol production in Escherichia coli []. Appl Environ[28]Wilson DB. Studies of thermobifida fusca plant cell wallMicrobio,1987,53:2420-2425degrading enzymes [J]. Chem Rec, 2004,4: 72-82[39] Mohagheghi A, Evans K, Chou YC, et al. Cofermentation of[29] Teter S, Cherry J, Ward C, et al. Variants of cellobiohydrolase Iglucose, xylose and arabinose by genomic DNA-integratedfrom Trichoderma reesei with improved properties[P].USP,xylose/ arabinose fermenting strain of Zymomonas mobilis2005,048619AX1O1(]. Appl Biochem Biotechnol 2002, 98: 885-898[30] Bower BS. Fusion proteins of an exocellobiohydrolase and an [40] Kuyper M, Toirkens M, Diderich JA. Evolutionary engineeringendoglucanase for use in the saccharification of cellulose andof mixed-sugar utilization by a xylose-fermenting Saccha-hemicellulose [P].USP, 2005, 093073romyces cerevisiae strain U ]. FEMS Yeast Res, 2005,5[31] Kim KH, Brown KM, Harris PV. a proteomics strategy to dis-925-934.covery B-glucosidases from Aspergillus fumigatus with two-[41] Wahlbom CF, Otero RRC, Zyl WH, et al. Molecular analysis ofdimensional page in-gel activity assay and tandem mass spec-a Saccharomyces cerevisiae mutant with improved ability totrometry [J] Journal of Proteome Research, 2007, (6)utilize xylose shows enhanced expression of proteins involved4749-4757in transport, initial xylose metabolism, and the pentose phos-[32] Reczey k, Brumbauer A, Bollok M, et al. Use of hemicellulosephate pathway [] Appl Environ MicrobioL, 2003, 69: 740-746hydrolysate for glucosidase fermentation [] Appl Biochem[42] Wahlbom CF, Zyl WH, Jonsson L, et al. Generation of the im-Biotechnol,1998,70:225-235proved recombinant xylose-utilizing Saccharomyces cerevisiae[33] Rosgaard L, Pedersen S, Langston J, et al. Evaluation of mini-TMB 3400 by random mutagenesis and physiological compamal Trichoderma reesi cellulase mixtures on differentlyrison with Pichia stipitis CBS 6054 [J]. FEMS Yeast Res, 2003,pretreated barley straw substrates [] Biotechnol Prog, 2007,(3):319-32623:1270-1276.[43] Fiedurek S Technology for conversion of lignocellulosic[34] Gregg D], Boussaid A, Saddler JN. Techno-economic evalutionbiomass to ethanol [J]. Biom Bioe, 1996, (10): 367of a generic wood-to-ethanol process: effect of increased cellu- [44] Lynd LR, van Zyl WH, Mcbride JE, et al. Consolidated biopro-lose yields and enzyme recycle [] Bioresour TechnoL,cessing of cellulosic biomass: an update [] Curr Opin Biotec1998,63:7-12hnol,2005,(16):577-583[35] Tu MB, Chandra RP, Saddler JN. Recycling cellulases during [45] Ragauskas AJ, williams CK, Davision BH, et al. The path forthe hydrolysis of steam exploded and ethanol pretreatedward for biofuels and biomaterials [J]. Sci, 2006, 3111484-Lodgepole Pine [ ] Biotechnol Prog, 2007, 23: 1 130-11348936] Hinman ND, Wright JD, Hoaglan W,etal. Xylose fermenta-[46段黎萍纖維素乙醇的商業(yè)化現(xiàn)狀及經(jīng)濟(jì)分析[小化工進(jìn)展,tion: An economic analysis []. Appl Biochem Biotechnol008,27:867-877萬名消費(fèi)者評誠信:湖北赦江灑業(yè)備受青睞本刊訊:2009年3月31日,筆者從枝江市經(jīng)濟(jì)商務(wù)局獲悉:經(jīng)過公開、公平、公正評判,根據(jù)參評單位得票情況,經(jīng)有關(guān)部門審定,“評誠信”組委會決定授予20家單位“宜昌市誠信單位"稱號。近日,宜昌市文明辦、市工商局、市消費(fèi)者協(xié)會和三峽商報聯(lián)合舉辦的“長江市場杯”——宜昌市第七屆萬名消費(fèi)者評誠信活動頒獎典禮在宜昌夷陵廣場舉行,湖北枝江酒業(yè)股份有限公司蒙獲“宜昌市誠信單位”稱號。據(jù)了解,本屆活動共推出150家與廣大消費(fèi)者日常生活密切相關(guān)的單位進(jìn)行公開評選。參評企業(yè)包括大型生產(chǎn)加工企業(yè)、商貿(mào)企業(yè)、醫(yī)療、房地產(chǎn)等行業(yè),具有十分廣泛的代表性。消費(fèi)者采取固定選票、短信投票和網(wǎng)上投票3種方式進(jìn)行投票,進(jìn)入前20名的單位被授予“宜昌市誠信單位”榮譽(yù)稱號。長期以來,湖北枝江酒業(yè)秉持“以質(zhì)為本,誠信天下”的理念,矢志不中國煤化工,連獲“全國五一勞動獎狀”、“全國質(zhì)量效益型先進(jìn)企業(yè)”、“全國質(zhì)量管理先進(jìn)企業(yè)”、“全國守合CNMH(多項榮譽(yù),獲得歷屆湖北省、宜昌市、枝江市“守合同重信用單位”榮譽(yù)稱號。在每年萬名消費(fèi)者評誠信活動中,湖北枝江酒業(yè)備受青睞;此項活動已歷七屆,這也是該公司第七次蟬聯(lián)“宜昌市誠信單位”殊榮。(楊至愛)