秸秆生产乙醇

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秸秆生产乙醇的化学方程式

秸秆生产乙醇的化学方程式

秸秆生产乙醇的化学方程式【实用版】目录1.秸秆生产乙醇的背景和意义2.秸秆生产乙醇的化学方程式3.秸秆生产乙醇的优缺点4.我国秸秆生产乙醇的发展现状和前景正文1.秸秆生产乙醇的背景和意义随着我国经济的快速发展,能源问题日益突出,而乙醇作为一种可再生能源,在我国的应用前景十分广阔。

秸秆作为农业生产的废弃物,具有广泛的来源和低成本的优势,将其转化为乙醇不仅可以解决能源问题,还能减少农业废弃物的污染,提高农业资源利用率。

2.秸秆生产乙醇的化学方程式秸秆生产乙醇的主要过程是生物发酵法,其化学方程式如下:纤维素 (C6H10O5)n →葡萄糖 (C6H12O6) →乙醇 (C2H5OH) + CO2其中,纤维素是秸秆的主要成分,通过生物发酵过程中的酶解作用,转化为葡萄糖,再经过酵母发酵,最终生成乙醇和二氧化碳。

3.秸秆生产乙醇的优缺点优点:- 秸秆作为农业废弃物,来源广泛,成本低廉,具有可持续性。

- 乙醇作为可再生能源,对减少石油资源消耗,缓解能源危机具有积极意义。

- 乙醇具有较好的环保性能,可降低汽车尾气排放,减少空气污染。

缺点:- 秸秆中含有的杂质较多,需要经过多道工序处理,生产成本较高。

- 乙醇的热值较低,作为燃料使用时,其行驶里程较短。

- 乙醇的生产和储存技术要求较高,对设备和条件有一定要求。

4.我国秸秆生产乙醇的发展现状和前景我国是农业大国,秸秆资源丰富,近年来,政府加大了对秸秆资源化利用的支持力度,秸秆生产乙醇产业得到了快速发展。

然而,由于技术、资金等多方面原因,我国秸秆生产乙醇产业仍处于初级阶段,距离大规模商业化应用还有一定距离。

秸秆生产乙醇的化学方程式

秸秆生产乙醇的化学方程式

秸秆生产乙醇的化学方程式秸秆是农作物的废弃物,如玉米秸秆、稻秆、小麦秸秆等。

利用秸秆来生产乙醇可以解决农作物废弃物污染环境的问题,并且乙醇是一种可再生的能源,能够替代化石燃料,对减少二氧化碳排放和改善环境有积极的影响。

秸秆生产乙醇的化学方程式可以分为两个步骤:预处理和发酵。

首先从预处理开始。

1.初步处理:将秸秆粉碎,并将其与水混合,调节pH值并加入酶解剂,使其溶解。

C6H10O5(纤维素)+ H2O → C6H12O6(葡萄糖)2.酸处理:在适当的温度和压力下,加入强酸(如硫酸)进行酸处理,破坏纤维素的结构,使其更容易被发酵。

C6H12O6(葡萄糖)+ H2SO4 → 3C2H5OH(乙醇)+ 3CO2(二氧化碳)接下来是发酵过程。

3.酵母发酵:将酸处理后的混合物进行发酵,加入酵母菌,酵母菌通过呼吸作用将葡萄糖转化成乙醇和二氧化碳。

C6H12O6(葡萄糖)→ 2C2H5OH(乙醇)+ 2CO2(二氧化碳)综上所述,秸秆生产乙醇的化学方程式为:C6H10O5(纤维素)+ H2O → C6H12O6(葡萄糖)C6H12O6(葡萄糖)+ H2SO4 → 3C2H5OH(乙醇)+ 3CO2(二氧化碳)C6H12O6(葡萄糖)→ 2C2H5OH(乙醇)+ 2CO2(二氧化碳)以上是乙醇生产的主要化学方程式,其中涉及到纤维素的水解和酸处理以及葡萄糖的发酵。

这个过程中主要产物是乙醇和二氧化碳,乙醇可以用作生物燃料和工业原料,而二氧化碳则可以收集并进行回收利用,以减少环境污染。

然而,生产乙醇的过程涉及多个步骤,具体环境条件和使用的酵母菌种类等因素会影响到乙醇的产率和纯度,所以上述化学方程式只是简单的示意,实际生产过程中还需要考虑更多的因素,并进行优化和改进。

秸秆生产乙醇的化学方程式

秸秆生产乙醇的化学方程式

秸秆生产乙醇的化学方程式
乙醇是一种广泛应用于化工、医药和饮料等领域的有机化合物。

近年来,随着对可再生能源的需求不断增加,利用秸秆等农业废弃物生产乙醇引起了人们的广泛关注。

本文将介绍秸秆生产乙醇的化学方程式及反应过程。

首先,我们需要了解秸秆生产乙醇的化学方程式。

秸秆主要由纤维素、半纤维素和木质素组成。

通过水解、发酵等化学反应,可以将其转化为乙醇。

化学方程式如下:
(1) 水解反应:纤维素+ 3H2O → 葡萄糖
(2) 葡萄糖发酵反应:葡萄糖→ 乙醇+ CO2
接下来,我们来详细了解一下这两个反应过程。

首先是水解反应。

在酸性条件下,纤维素与水发生水解反应,生成葡萄糖。

这是一个多步反应过程,通常需要添加催化剂,如酸、酶等,以提高反应速率和转化率。

然后是葡萄糖发酵反应。

在无氧条件下,葡萄糖经过发酵过程,转化为乙醇和二氧化碳。

这一过程主要依赖于微生物的作用,如酵母菌等。

通过控制发酵条件,如温度、pH 值、营养物质等,可以优化乙醇的产量和纯度。

最后,我们来看一下乙醇的应用。

乙醇在化工、医药和饮料等领域具有广泛的应用前景。

在化工领域,乙醇可用于生产乙醛、乙酸、乙烯等化学品;在医药领域,乙醇可作为溶剂、消毒剂等;在饮料领域,乙醇是酒精饮料的主要成分。

总之,利用秸秆生产乙醇是一种具有前景的可再生能源生产方式。

通过水解、发酵等化学反应,可以将秸秆转化为乙醇。

玉米秸秆发酵生产乙醇的研究进展

玉米秸秆发酵生产乙醇的研究进展

玉米秸秆发酵生产乙醇的研究进展摘要:秸秆是丰富的可再生资源,要紧由纤维素、半纤维素和木质素组成。

秸秆通过预处理,水解和发酵可生成乙醇。

秸秆生产乙醇的工艺包括预处理,水解和发酵。

发酵方法有直截了当发酵法、间接发酵法、混合菌种发酵法、同时糖化发酵法和非等温同时糖化发酵法以及固定化细胞发酵法。

介绍了秸秆生产乙醇几个关键工艺的最新进展。

关键词:秸秆,酒精,木质纤维素我国是一个农业大国,各类农作物纤维资源十分丰富,仅秸秆一项就达7亿t吨以上,其中玉米秸秆约2.2亿t吨,这些资源长期没有得到合理的开发。

作为农业废弃物的玉米秸秆多以燃料烧掉,其烟雾中含大量的TSP 和SO2 ,造成大气严峻污染。

近年来生物质能的研究差不多成为一个热门的研究课题,利用农业废弃物发酵生产燃料酒精正逐步成为人们研究的热点,玉米秸秆作为一种重要的农业废弃物,受到了广泛的关注。

在我国,玉米秸秆除了少部分被利用外,大部分以堆积、荒烧等形式直截了当倾入环境,造成极大污染和白费,而且这种直截了当燃烧的方法热效率专门低,只有10%左右。

假如将它们转化成气体或液体燃料(酒精、氢气、柴油等)热效率可达30%以上。

如此不但缓解人类所面临的资源危机,食物短缺,环境污染等一系列问题,也为人类连续进展提供了保证。

1 玉米秸秆简介玉米秸秆要紧由植物细胞壁组成,细胞壁差不多组成是纤维素、半纤维素、木质素,纤维素和半纤维素被木质素层层包裹,纤维素是一种有1000-10000个β-D-吡喃型葡萄糖单体以β-1,4-糖苷键连接的直链多糖,多个分子平行排列成丝状不溶性微小纤维,其差不多组成单位是纤维二糖,它是地球上最丰富的聚合体。

而半纤维素要紧是木糖以及少量阿拉伯糖,半乳糖,甘露糖组成,而木质素是以苯丙烷及其衍生物为差不多单位构成的高分子芳香族化合物,对水解纤维素起到屏障作用。

到目前为止,还未发觉能利用木质素的单聚体来生产乙醇的微生物。

半纤维素较易水解为五碳糖,纤维素较困难水解为六碳糖,而木质素一样作为燃料。

秸秆制乙醇的工艺设备

秸秆制乙醇的工艺设备

秸秆制乙醇的工艺设备秸秆是农作物生产中产生的一种生物质资源,利用秸秆制造乙醇是一种可持续的能源生产方式。

本文将介绍秸秆制乙醇的工艺设备,以及相关的工艺流程。

一、秸秆制乙醇的工艺设备秸秆制乙醇的工艺设备主要包括秸秆处理设备、发酵设备和蒸馏设备。

1. 秸秆处理设备秸秆处理设备主要用于将秸秆进行粉碎、破碎和预处理,使得秸秆能够更好地进行发酵。

常见的秸秆处理设备有秸秆粉碎机、秸秆破碎机和秸秆预处理设备。

2. 发酵设备发酵设备主要用于将预处理后的秸秆与发酵菌种进行混合发酵,产生乙醇。

常见的发酵设备有发酵罐、发酵桶和发酵釜。

3. 蒸馏设备蒸馏设备主要用于将发酵产生的乙醇与水进行分离,获得纯度较高的乙醇。

常见的蒸馏设备有蒸馏塔、蒸馏柱和蒸馏装置。

二、秸秆制乙醇的工艺流程秸秆制乙醇的工艺流程主要包括秸秆处理、发酵和蒸馏三个步骤。

1. 秸秆处理将采集到的秸秆进行粉碎、破碎和预处理,以增加秸秆的表面积,便于发酵菌种的附着和生长。

2. 发酵将预处理好的秸秆与发酵菌种进行混合,放入发酵设备中进行发酵。

在适宜的温度和湿度条件下,发酵菌种会分解秸秆中的纤维素和半纤维素,产生乙醇和二氧化碳。

3. 蒸馏发酵产生的乙醇与水混合在一起,需要通过蒸馏设备进行分离。

蒸馏过程中,乙醇的沸点较低,可以利用乙醇和水之间的沸点差异将乙醇蒸馏出来,得到纯度较高的乙醇。

三、秸秆制乙醇的优势和挑战秸秆制乙醇相比传统的能源生产方式具有以下优势:1. 利用农作物秸秆等废弃物资源,减少了对传统能源的依赖。

2. 乙醇是一种可再生能源,对环境影响较小。

3. 秸秆制乙醇可以有效解决农作物秸秆的处理问题,减少了农田的污染。

然而,秸秆制乙醇也面临一些挑战:1. 秸秆的收集和运输成本较高,限制了规模化生产的实施。

2. 秸秆的成分复杂,对发酵菌种的选择和控制提出了较高的要求。

3. 秸秆制乙醇的工艺还需要不断改进和优化,以提高乙醇的产量和纯度。

秸秆制乙醇是一种可持续的能源生产方式,利用秸秆处理设备、发酵设备和蒸馏设备可以将秸秆转化为乙醇。

秸秆发酵生产乙醇及副产物的利用

秸秆发酵生产乙醇及副产物的利用
2I31% ,34.90% 、12.44% 、82.89% 。
以上 2个 品种 的糟 渣都 是 牛 羊 的优 质 饲 料, 粗 蛋 白的含 量 高 于 一般 青 贮 玉 米 (粗 蛋 白含 量 为 4% ~ 5% )。从 实 际 喂饲 情况 看 ,牛 羊 特别 喜 欢选 饲 秸 秆 糟渣 。 3 小结

第 一 是 利 用 农 作 物 籽 实 如
玉 米 、大 米 (陈化 粮 )等 为原 料 ,
但 是其 成 本甚 至高 于 汽 油 价 格 ,
难 以满 足 社会 的需 要 ,同时 也会
造 成全 球 粮食 供 应 紧 张 ,粮 价 大
幅攀 升 ,引发 粮食 安全 。
第 二 是 利 用 农 作 物 秸 秆 如
河 南
油 中替 代 部 分 石 油 是 目前 一 个
工 很 好 的选择 。
业 大
1秸 秆发酵 生产 乙醇
学 1.1 秸 秆 生 产 乙醇 的前 景


燃 料 乙醇 是 生 物 能 源 的 主
工 要 内容之 一 。目前 燃料 乙醇 生产

学 类 型按 照原料来 分 为 2类 。
用 秸 秆发 酵 生 产燃 料 乙 醇 的生 产工 艺 ,分 为 液 态 发酵 法 和 固态 发 酵 法 。液 态 发 酵法 工 艺 以甜 高 粱 为 例 :秸 秆 压汁一 液 体发 酵一 出池 一蒸 馏一 乙醇 。
固态 发 酵又 分 为甜 高 梁秸 秆 发 酵工 艺和 玉 米秸 秆 发酵 工艺 。前 者 为 :秸 秆一 粉碎 称 重一 蒸 料一 冷 热 料 混 匀一 接 种一 混 匀一 人 池 一保 温一 发 酵一 温 度 监控 一 出池一 蒸 馏一 乙醇 。

利用秸秆生产乙醇可行性分析

利用秸秆生产乙醇可行性分析

秸杆生产乙醇的可行性分析秸杆是一种可再生的自然能源资源,也是可以“合理永续地利用自然资源”,它不仅能缓解商品能源的短缺和供给高效饲料,而且有利于农业科技的全面推行和生物质的综合利用,对农村经济可持续进展和生态环境的保护起到乐观的作用。

秸杆能源化工程,可以提高综合利用率,大幅度地提高能源的干净质量,解决了秸杆过剩造成的任凭燃烧问题,是实现经济、社会、能源、生态、环境协调进展的有效途径。

秸杆的主要成分是木质纤维素。

是纤维素、半纤维素和木质素混合在一起的材料。

用木质纤维素作为糖源生产燃料酒精,目前糖的利用和转化率还很低,通常只有百分之十几。

在秸秆中纤维素、半纤维素和木质素通过共价键或非共价键严密结合而成的木质纤维,占秸杆总重量的约70-90%左右。

植物中三者各占的比例随不同来源的植物或植物的不同局部而有所区分,或许的比例数字为:纤维素 30-50%;半纤维素 20-35%;木质素 20-30%; 灰份 0-15%。

其实纤维素的非结晶构造是很简洁被打破的,它可以完全降解成葡萄糖,后者是发酵乙醇的原料。

目前患病的主要问题是,纤维素的结晶构造难以被破坏,致使人们无法完成后续处理。

纤维素和半纤维素被难以降解的木质素包裹,使得纤维素酶和半纤维素酶无法接触底物,这构成了木质纤维素利用的重大障碍。

只有经过有效的预处理方法,破坏了木质纤维素的高级构造,实现纤维素酶和半纤维素酶对纤维素的可及性,才能使木质纤维素作为自然界里最大宗的资源,像淀粉一样被人和动物完全利用。

纤维素被纤维素酶水解的反响通常又称为糖化反响,水解的主要产物是单糖。

植物细胞壁中,纤维素被半纤维素和木质素通过物理和化学作用所包裹,不利于纤维素酶对纤维素的进攻。

木质素是由苯基丙烷聚合而成的一种非多糖物质。

由芳香烃的衍生物以-C-C-键、-O-键纵横交联在一起,其侧链又与半纤维素以共价键结合,形成一个格外致密的网络构造,将纤维素紧紧包裹在里面。

所以,要彻底降解纤维素,必需首先降解木质素。

玉米秸秆发酵生产酒精的研究

玉米秸秆发酵生产酒精的研究

此外,还需要考虑如何合理配置资源,降低生产成本,以及如何将产生的二氧 化碳进行再利用等问题。
六、前景展望
随着科技的不断进步和创新,我们可以预期到未来在利用玉米秸秆发酵生产酒 精方面将会取得更大的突破。例如,通过基因工程技术改良酵母菌和糖化酶的 效率,可以进一步提高酒精的生产能力;新的提取和精炼技术的开发也将有助 于提高酒精的质量和纯度。此外,随着电动汽车的普及,对电池充电的需求将 会增加,而利用生物燃料电池技术将酒精转化为电能也是一个具有潜力的研究 方向。
三、发酵过程
将添加了酵母菌和糖化酶的玉米秸秆放入发酵罐中进行发酵。发酵时间通常需 要几天到几周不等,具体时间取决于各种因素,如原料的质量、发酵温度和酵 母菌种等。在此期间,必须定期检查发酵情况,确保酒精度达到预期水平。
四、提取和精炼酒精
发酵完成后,通过蒸馏方法从发酵液中提取酒精。蒸馏过程需要使用专门的设 备,如蒸馏塔和冷凝器。提取的酒精需要通过精炼过程,以去除其中的水分和 其他杂质,提高酒精的纯度和浓度。
玉米秸秆发酵生产酒精的研究
目录
01 一、玉米秸秆的预处 理
03 三、发酵过程02Fra bibliotek二、添加酵母菌和糖 化酶
04 四、提取和精炼酒精
05 五、结论
07 参考内容
目录
06 六、前景展望
随着全球对可再生能源需求的增加,利用玉米秸秆进行发酵生产酒精的研究变 得越来越重要。酒精不仅可以作为燃料,还可以在医疗、工业、农业等领域中 发挥多种作用。本次演示将探讨利用玉米秸秆进行发酵生产酒精的工艺流程和 技术要点。
将活化后的酵母菌与生料淀粉混合,加入适量的磷酸缓冲液和水,调节pH值至 适宜范围,然后在一定的温度和时间条件下进行发酵。发酵过程中,定期检测 酒精的产量和纯度,并记录数据。

秸秆制生物乙醇

秸秆制生物乙醇

论生物乙醇的可行性1.传统能源问题目前世界主要能源是石油,而石油产品在其生产和使用过程中对人类本身以及整个全球环境的危害是巨大的,包括对全球气候的影响。

以石油产品之一的汽油为例来说,其在燃烧过程中释放的大量汽车尾气中含有150~200种不同的化合物,主要有害成分为:未燃烧或燃烧不完全的CH、NOx、CO、CO2、SO2、H2 S以及微量的醛、酚、过氧化物、有机酸和含铅、磷汽油所形成的铅、磷污染物等。

其中: CH、NOx 是产生光化学烟雾的污染源。

发生在20世纪60年代,令世人注目的洛杉矶烟雾正是汽车尾气所造成的空气污染的典型实例。

酸性气体SO2、NOx 经过云内成雨过程还会导致酸雨的形成,而CO2是最重要的温室气体,对地球环境造成了一系列的连锁反应。

有调查表明:中国城市中10. 45%的儿童血铅水平超标,而儿童通过呼吸从大气中摄入的铅有50%是来自于汽车尾气。

与此同时,明显上升的呼吸系统疾病发病率及不断增加的肺心病和肺癌患者死亡率与严重的大气污染密不可分。

这正是石化燃料在其生产使用过程中所引起的空气污染向人类自身健康亮出的黄牌警示。

因此近年来,全球各国出于加强能源安全、减少温室气体排放和促进农业发展等多方面的考虑,积极鼓励生物液体燃料发展。

随着生物乙醇发展规模的迅速扩大,其发展对农产品价格、粮食安全与环境等方面的影响开始凸显,并引起了各国政府和学术界的广泛关注。

2.秸秆的结构及可现状综合我国国情,作为一个农业生产大国,农作物秸秆是一种宝贵的可再生资源。

农作物秸秆是籽实收获后剩留下的含纤维成分很高的作物残留物,包括禾谷类、豆类、薯类、油料类、麻类、以及棉花、甘蔗、烟草、瓜果等多种作物的秸秆,是农作物的主要副产品, 是自然界中数量极大且具有多种用途的可再生生物质资源。

秸秆蛋白质含量约为5%,纤维素含量在30%左右,还含有一定量的钙、磷等矿物质。

据联合国环境规划署报道,世界上种植的农作物每年可提供各类秸秆约20 亿t, 我国农作物秸秆年产量为7 亿t左右,列世界之首,折合标准煤量3. 53 亿t,占全世界秸秆总量的30% 左右。

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秸杆变燃料乙醇秸杆是一种可再生的自然能源资源,也是可以“合理永续地利用自然资源”,它不仅能缓解商品能源的短缺和提供高效饲料,而且有利于农业科技的全面推行和生物质的综合利用,对农村经济可持续发展和生态环境的保护起到积极的作用。

秸杆能源化工程,可以提高综合利用率,大幅度地提高能源的洁净质量,解决了秸杆过剩造成的随意焚烧问题,是实现经济、社会、能源、生态、环境协调发展的有效途径。

秸杆的主要成分是木质纤维素。

是纤维素、半纤维素和木质素混合在一起的材料。

用木质纤维素作为糖源生产燃料酒精,目前糖的利用和转化率还很低,通常只有百分之十几。

在秸秆中纤维素、半纤维素和木质素通过共价键或非共价键紧密结合而成的木质纤维,占秸杆总重量的约70-90%左右。

植物中三者各占的比例随不同来源的植物或植物的不同部分而有所区别,大概的比例数字为:纤维素30-50%;半纤维素20-35%;木质素20-30%;灰份0-15%。

其实纤维素的非结晶结构是很容易被打破的,它可以完全降解成葡萄糖,后者是发酵乙醇的原料。

目前遭遇的主要问题是,纤维素的结晶结构难以被破坏,致使人们无法完成后续处理。

纤维素和半纤维素被难以降解的木质素包裹,使得纤维素酶和半纤维素酶无法接触底物,这构成了木质纤维素利用的重大障碍。

只有经过有效的预处理方法,破坏了木质纤维素的高级结构,实现纤维素酶和半纤维素酶对纤维素的可及性,才能使木质纤维素作为自然界里最大宗的资源,像淀粉一样被人和动物完全利用。

纤维素被纤维素酶水解的反应通常又称为糖化反应,水解的主要产物是单糖。

植物细胞壁中,纤维素被半纤维素和木质素通过物理和化学作用所包裹,不利于纤维素酶对纤维素的进攻。

木质素是由苯基丙烷聚合而成的一种非多糖物质。

由芳香烃的衍生物以-C-C-键、-O-键纵横交联在一起,其侧链又与半纤维素以共价键结合,形成一个十分致密的网络结构,将纤维素紧紧包裹在里面。

所以,要彻底降解纤维素,必须首先降解木质素。

未经预处理的植物纤维原料的天然结构存在许多物理和化学的屏障作用,纤维素酶水解得率低,仅为10%~20%。

禾本科植物秸秆含有的半纤维素一般为木聚糖,占干重的25-30%。

半纤维素能被木聚糖酶( xylanase,EC3.2.1.8)——半纤维素酶,降解成木糖。

天然半纤维素水解产物的85-90%是木糖。

以植物纤维素原料中的木糖发酵生产酒精,能使纤维素原料的酒精发酵的产量在原有的基础上增加25%。

因此,木糖发酵生产酒精是决定植物纤维资源生产酒精经济可行的关键因素。

酵母木糖代谢的途径比葡萄糖代谢的途径复杂得多。

在代谢的过程中部分木糖转化为其它副产物。

因此,酵母木糖代谢产生酒精的理论得率为0.46克酒精/克木糖,低于葡萄糖酒精发酵的理论得率为0.51克酒精/克葡萄糖。

代谢葡萄糖和木糖产生乙醇的总反应式如下:Glucose+ADP+Pi->2Ethnanol+2Co2+A TP3Xylose+3ADP+3Pi->5Ethnanol+5Co2+3A TP理论上1吨葡萄糖可生产539公斤的酒精(180份C6H10O6在酶的作用下生成88份CO2和92份C2H5OH)许多细菌、丝状真菌和酵母菌均可产生半纤维素酶。

由于丝状真菌产生的胞外半纤维素酶便于分离和提取,产酶能力比一般酵母菌和细菌都高,并可以同时产生降解半纤维素支链所必需的多种辅助酶等优点,便于工业化推广应用。

因此人们对丝状真菌的产酶研究较多,尤其是对木霉属和曲霉属的研究。

同时,对这两种菌属产生的木聚糖酶的基本性质和降解产物特点也研究得较为透彻。

里氏木霉(Trichoderma reesei)和黑曲霉(Aspergillusniger)具有稳定的生物学性状和高产半纤维素酶的能力,但由于同时含有纤维素酶基因,生长在含有纤维素的培养基中会同时产生较多的纤维素酶。

木糖一直被认为不能被微生物发酵转化成酒精。

直到1980年科学家发现,一些微生物可通过发酵木糖产生酒精。

如细菌、丝状真菌和酵母菌。

至今已发现一百多种微生物能代谢木糖。

细菌能发酵的糖类物质较多,除了单糖外还能发酵纤维素、生物高聚糖等,但细菌发酵的缺点是副产物多,酒精得率低,同时,高pH条件下的细菌发酵容易引起杂菌污染。

与细菌一样,真菌不仅能发酵单糖,还能发酵二糖、纤维素和木聚糖等,真菌的这种特性特别适合于植物纤维原料的同步糖化发酵。

有6个种的酵母菌能通过发酵木糖产生大量的酒精(嗜鞣管囊酵母Pachysolen tannophilus、休哈塔假丝酵母Candida shehatae、树干毕赤酵母Pichia stipitis、季也蒙毕赤酵母、酒香酵母和产朊假丝酵母)。

与细菌的酒精发酵相比,酵母菌具有酒精耐受能力高,副产物少等优点。

同时,经酵母菌发酵过的木质纤维素原料能直接用于饲料而不会产生毒性。

酵母菌酒精发酵不易被细菌和病毒污染。

酿酒酵母是工业上生产酒精的优良菌种。

但酿酒酵母不能发酵木糖,只能发酵木糖的异构体——木酮糖。

因此,人们正在设法构建能共发酵木糖-葡萄糖产生酒精的工程菌。

瑞典科学家对酿酒酵母菌进行了基因工程重组,把参与木糖代谢的全套酶基因从不生产酒精的真菌中克隆出来,整合到酿酒酵母菌的染色体中,从而使它能够把木糖转化为酒精。

运动发酵单孢菌(Zymomonas mobilis)的研究较为引人注目。

这种菌虽是原核生物,是厌氧菌。

但它的功能与酿酒酵母一样,它的酶系统能将己糖高效转化为酒精。

酒精产率、得率高(1 mol葡萄糖可生成1.9 mol酒精),耐酒精能力、抗纤维素原料水解液中的抑制物能力强。

菌体生成少,代谢产物少,发酵温度高,不必定期供氧,酒精生产强度高(能够在相同原料条件下,产出的乙醇比酿酒酵母菌高出8倍多)等优点。

但就是不能发酵木糖。

美国的一个研究小组(Zhang.M)把大肠杆菌的戊糖代谢途径的基因组克隆到运动发酵单孢菌中,使之能将含25%一40%木糖的生物质发酵制成乙醇。

正是由于这点差异,用运动发酵单胞菌来制取酒精能使生产成本降低。

工程微生物是利用基因移植技术构建的有特殊功能的微生物,也称其为转基因微生物。

用这一方法生产酒精,不仅酒精纯度可达100%,而且生产效率也比酵母发酵法高出30%。

美国佛罗里达大学构建的工程克氏杆菌,在将废纸转化为酒精时,产量达到了理论极限值的80%。

半纤维素发酵制酒精:我国半纤维素水解,不论酸法和酶法水解,均有成熟经验。

半纤维素水解液制木糖、木糖醇,均有一定工业规模,但是没有半纤维素发酵制酒精。

国外有报道,利用特殊的酿酒酵母菌可使木糖发酵成酒精,也可以使木糖转换成木酮糖再用普通酿酒酵母发酵成酒精。

美国Purdue大学可再生能源实验室利用基因工程发现了可将五碳糖转化为乙醇的转基因酶,使技术难度极大的“五碳糖发酵制乙醇技术”获得重大突破, 为燃料乙醇生产成本的降低提供了技术上的保证。

据1996年报道,稻草半纤维素水解液,用假丝酵母发酵,每克水解液中的还原物,可获得0.37~0.45克的酒精,即对糖得率37%~45%。

植物废料半纤维素水解得率一般为20%~25%,玉米心达35%,即每吨植物纤维废料半纤维素水解后,可获得对原料10%~15%的酒精。

植物纤维原料制取酒精包括4个过程:木质纤维素原料的预处理脱除木质素、纤维素和半纤维素糖化、糖液发酵和酒精蒸馏。

由于戊聚糖占植物纤维原料干重的10%~40%,植物纤维原料水解液中含有戊糖和己糖,其中戊糖(主要是木糖)占30%左右。

因此,戊糖、己糖同步转化成酒精是决定植物纤维原料制取酒精经济可行的关键。

利用可再生的植物纤维资源制取酒精目前存在的主要问题是成本偏高。

选择性能优良的纤维素酶生产菌种和戊糖发酵菌种,以及进一步完善工艺达到降低生产成本的目的是未来该领域努力的方向。

目前国内外利用秸杆物质生产酒精的技术水平还是停留在先用纤维素酶产生菌株(或其产生的纤维素酶)分解秸杆物质产生戊糖和己糖,再由乙醇发酵菌把单糖转化为乙醇。

不管是分步发酵还是混合发酵,人们都必须提供两种菌生长所需要的时间、原料和设备,其生产成本必定高于传统的淀粉发酵。

因此,有必要使乙醇发酵菌获得分解秸杆物质的能力。

人们多年来一直设法把一系列编码纤维素酶和半纤维素酶的基因重组进能利用单糖发酵生产酒精的工程菌中,使之能直接将秸秆分解成单糖,进而转化成酒精。

近年来美国能源部鼓励采用具有分解纤维素、半纤维素的整套酶类、能发酵戊糖产生有机酸的某些极端嗜热细菌,设法引入乙醇发酵途径的基因,同时敲除细菌中的有机酸发酵途径,构建利用秸杆发酵乙醇代谢工程菌,这方面的前景非常诱人。

纤维素酶是降解纤维素生成葡萄糖的一类酶的总称。

它不是单一组分的酶,而是多组分的复合酶系。

纤维素酶主要包括3种组分:内切型葡萄聚糖酶(EC 3.2.1.4,EG),外切型葡萄聚糖酶(EC 3.2.1.91,CBH),纤维素二糖酶(EC 3.2.1.21,CB,或称β-葡萄糖苷酶,β-G),每一组分又由若干亚组分组成。

纤维素水解生成葡萄糖的过程必须依靠这3种组分的协同作用才能完成。

许多细菌、放线菌和真菌都能产生纤维素酶。

目前应用于纤维素酶生产的菌种主要是木霉属(Trichoderma)、曲霉属(Aspergillus)、青霉属(Penicillium)、镰孢菌属(Fusarium)的菌种,其中最重要的是木霉属中的里氏木霉(Trichoderma reesei)。

近几年来,采用原生质体融合技术来改良纤维素酶生产菌株的研究日益增多。

美国Cetus公司用基因工程技术构建产纤维素酶的“工程酵母菌”获得了成功,该公司将里氏木霉的产酶基因移入酿酒酵母细胞中,通过这种“工程酵母”可由纤维素直接发酵获得乙醇和甘油。

用纤维素作原料时,酿酒酵母菌很难施展它的发酵本领。

但是,微生物中的球菌、杆菌和一些真菌、放线菌等,能分泌出能分解纤维素的酶——纤维素酶。

用纤维酶先把纤维素分解成单个葡萄糖分子,然后酿酒酵母菌再把单糖发酵成乙醇。

日本和韩国等国微生物学家,利用木霉和酿酒酵母菌的联合作用,也成功地用纤维素生产出了乙醇。

有一种叫嗜热梭菌的微生物,它能够直接以纤维素作碳源生产乙醇。

日本曾从温泉中分离出1株高温型产酒精细菌,它能利用稻草和废木材的纤维生产乙醇,也能把半纤维素,木糖等五碳糖发酵为乙醇。

1996年,美国可再生资源实验室(NREL)研究开发出利用纤维素废料生产酒精的技术,由美国哈斯科尔工业集团公司建立了一个1MW稻壳发电示范工程:年处理稻壳12,000吨,年发电量800万度,年产酒精2,500吨,具有明显的经济效益。

加拿大的Iogen公司,利用从遗传工程真菌所制成的纤维素酶有效地使纤维素水解为葡萄糖和其它糖类。

同时,采用常规的酿酒酵母使葡萄糖发酵为乙醇。

专用的菌种还可使酵母发酵困难的其它糖类如戊糖进行发酵转化。

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