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木质纤维素酒精生产工艺
日期:2016-12-13 13:54:45 来源:

木质纤维素酒精生产工艺  

利用微生物发酵木质纤维素生产酒精的工艺大致可分为直接法、间接法、同时糖化发酵和固定化细胞发酵。直接法是指用同一微生物完成纤维素的糖化水解和乙醇发酵的生产过程。直接法中常用的微生物是热纤维梭菌。经过诱变改造的重组热纤维梭菌用于发酵,其酒精产率可达9g/L,乙酸产量也能达到9g/L。热纤维梭菌若与热硫化氢梭菌共同作用,还可使产量大大提高[45,46]。利用混合菌发酵,可以部分解决产率不高的问题[47];间接法是指先用一种微生物水解纤维素,收集酶解后的糖液,再利用酵母发酵生产乙醇。此法中常用木霉的纤维素酶来水解纤维素,产生的糖液再进行发酵,其酒精产量可达到97g/L。但这种方法中纤维素需先用氢氧化钠进行预处理,因而成本较高[48];同时糖化发酵是指用一种可产生纤维素酶的微生物和酵母在同一容器中连续进行纤维素的糖化和发酵。在这一工艺过程中,纤维素水解后产生的葡萄糖可以被不断地用于发酵,因而消除了高浓度葡萄糖对纤维素酶活性抑制,简化了设备,缩短了生产周期,提高了生产效率。但也存在一些抑制因素,如木糖的抑制作用、糖化和发酵的温度不协调等;固定化细胞发酵具有提高发酵器内细胞浓度、细胞可连续使用、最终发酵液酒精浓度高等优点。研究最多的是酵母和运动发酵单胞菌的固定化。常用载体有海藻酸钠、卡拉胶、多孔玻璃等。研究表明,固定化运动发酵单胞菌比酵母更具优越性。最近又有将微生物固定在气液界面上进行发酵的研究报道,其微生物活性比固定在固体介质上高。固定化细胞的新动向是混合固定化细胞发酵,如酵母与纤维二糖一起固定化细胞发酵,将纤维二糖基质转化成酒精,被认为是以纤维素原料生产酒精的重要阶梯[49]。 

  以木质纤维素类物质生产乙醇在近30年里研究得很多,对其组分、水解方法、发酵工艺和发酵菌种等方面都进行了全面而深入的研究,为木质纤维素生产乙醇奠定了一定的基础。目前利用纤维素生产酒精的技术已基本成熟,但是由于纤维素酶的成本太高,生产过程中,酶用量偏大,导致纤维素酒精的价格无法与粮食酒精相竞争,因此还要加强对以下技术的研究:①进一步研究纤维素原料的预处理、酶水解及水解发酵生产酒精等技术;②进行固体发酵技术的研究,解决目前存在的污染率高和成本高的问题;③以基因工程手段选育高产纤维素酶、木质素酶菌种,以有效地降低生产成本。尽管近年来生物技术已取得发展,但是科技工作者仍面临许多挑战,还需要研制更加稳定的基因工程酶,研究更加低廉有效的木质纤维素类物质的预处理方法,优化生产酒精各个环节。如果能解决好这些问题,那么木质纤维素原料生物转化乙醇必将产生更大的社会效益和经济效益。

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