木质纤维素糖化关键技术

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《不同木质纤维素类生物质的预处理条件及酶解糖化研究》范文

《不同木质纤维素类生物质的预处理条件及酶解糖化研究》范文

《不同木质纤维素类生物质的预处理条件及酶解糖化研究》篇一一、引言随着全球能源需求的增长和环境污染问题的日益突出,寻找可持续替代能源成为了科学家们研究的重点。

其中,木质纤维素类生物质作为重要的可再生资源,被认为是一种极具潜力的替代能源。

通过对不同木质纤维素类生物质进行预处理和酶解糖化研究,可以有效地将其转化为生物能源,如生物乙醇等。

本文将详细介绍不同木质纤维素类生物质的预处理条件以及酶解糖化的研究进展。

二、不同木质纤维素类生物质的预处理条件预处理是木质纤维素生物质转化为生物能源的关键步骤之一。

预处理的目的是破坏生物质的复杂结构,提高其酶解效率。

不同木质纤维素类生物质的预处理条件因生物质种类、组成及结构等因素而异。

1. 农业残余物农业残余物如秸秆、稻草等,通常采用物理、化学或物理化学相结合的方法进行预处理。

物理方法主要包括粉碎、热解等,可以降低纤维素的结晶度,提高酶解效率。

化学方法则包括酸、碱或氧化剂处理等,可以破坏木质素的交联结构,释放出纤维素和半纤维素。

2. 林业残余物林业残余物如木屑、树皮等,其预处理方法与农业残余物类似。

此外,还可以采用蒸汽爆破法、氨纤维膨胀法等方法进行预处理。

这些方法可以有效地破坏木质纤维素的紧密结构,提高其酶解效率。

3. 能源作物能源作物如柳枝稷、switchgrass 等,其纤维结构较为松散,预处理相对容易。

通常采用稀酸或稀碱处理,结合机械粉碎等方法,进一步提高其酶解效率。

三、酶解糖化研究酶解糖化是将预处理后的木质纤维素生物质转化为单糖(如葡萄糖、木糖等)的过程。

这一过程需要使用纤维素酶、半纤维素酶等酶制剂。

1. 酶的选择与搭配不同的酶制剂对不同生物质的酶解效果有所差异。

因此,需要根据生物质的种类和组成,选择合适的酶制剂并进行搭配。

此外,还需要考虑酶的用量、酶解时间等因素,以获得最佳的酶解效果。

2. 酶解条件优化酶解条件如温度、pH 值、反应时间等对酶解效果具有重要影响。

木质纤维素原料生物转化生产纤维素乙醇过程的关键技术研究

木质纤维素原料生物转化生产纤维素乙醇过程的关键技术研究

在最新的研究中,研究者们通过优化蒸汽爆破参数,如温度、压力和时间等, 实现了更高效的木质纤维素预处理。此外,他们还研究了不同类型木质纤维素原 料的蒸汽爆破效果,为优化预处理条件提供了参考。
木质纤维素生物转化的研究进展
生物转化是一种利用微生物或酶将木质纤维素降解为有用物质的过程。近年 来,木质纤维素的生物转化研究取得了显著进展。研究者们致力于提高转化效率、 优化转化条件以及发掘新型转化方法。
2、纤维素乙醇的制备方法
制备纤维素乙醇的方法主要包括酶解法、酸催化法和生物法等。其中,酶解 法具有反应条件温和、产物纯净等优点,但酶解效率较低,成本较高。酸催化法 虽然反应速度快,但需要使用大量酸碱,对环境造成污染。生物法具有环保性和 可持续性,但发酵时间较长,需要经过多次迭代。各种方法各有利弊,需要根据 实际应用场景选择合适的制备方法。
3、反应器设计
反应器设计是木质纤维素生物转化生产纤维素乙醇过程中的重要环节。合理 的设计可以保证反应的效率、产物质量和产量。反应器设计需遵循的原则包括: 设备选型要满足生产规模和工艺要求;反应环境应有利于微生物的生长和代谢; 还需考虑设备的材质、耐高温高压性能等。同时,反应器设计还需结合实验数据 进行优化,以实现最佳效果。
未来展望
木质纤维素原料生物转化生产纤维素乙醇过程的关键技术研究对于实现能源 可持续发展具有重要意义。未来,随着科学技术的不断进步,以下几个方面可能 成为研究重点:
1、高性能酶的开发:通过基因工程等技术手段,开发具有高活性和稳定性 的酶制剂,以提高木质纤维素的酶解效率。
2、高效转化技术的研发:进一步优化生物转化技术,提高木质纤维素的转 化率和产量,降低成本。
关键词:木质纤维素,蒸汽爆破 预处理,生物转化,研究进展

中科院开发新型木质纤维素整合生物糖化生物催化剂

中科院开发新型木质纤维素整合生物糖化生物催化剂

中科院开发新型木质纤维素整合生物糖化生物催化剂如何破解木质纤维素高效、低成本的酶解糖化成为秸秆产业化应用瓶颈?7月9日,中国科学院青岛生物能源与过程研究所(以下简称“青岛能源所”)传来喜讯:该所代谢物组学研究组自主开发的新型木质纤维素整合生物糖化生物催化剂,极大地促进木质纤维素生物质资源的大规模应用。

该工作成果已于6月23日在线发表于《生物资源技术》(Bioresouce Technology)。

该所代谢物组学研究组博士生祁宽为论文第一作者,刘亚君研究员为该论文通讯作者。

刘亚君供图木质纤维素具有储量大、可再生的特点,发展木质纤维素的高效转化技术不仅可以实现低值农业废弃生物质的高效利用,而且有望从根本上提出全新的能源与产粮出口,甚至相当于我国粮食产量翻倍,打造非粮生物质第二农业。

木质纤维素的复杂结构和组成形成了天然拮抗降解作用的屏障。

因此,如何实现木质纤维素高效、低成本的酶解糖化成为秸秆产业化应用的主要瓶颈问题之一。

青岛能源所代谢物组学研究组在针对热纤梭菌以及纤维小体开展长期研究的基础上,建立了全新的木质纤维素整合生物糖化(CBS)策略。

CBS采用基于纤维小体的新型生物催化剂,并以可发酵糖作为出口偶联下游应用,具有显著的灵活性和成本优势。

该所代谢物组学研究组进一步围绕CBS技术特点开发了上下游工艺,从而形成了从原料到高值产品的全链条工艺,这也是我国科学家在国际上首次提出的具有自主知识产权的秸秆高值化转化成套技术路线(Biotechnol Adv, 2020. 40, 107535)。

由于纤维素的水解物纤维二糖对纤维小体体系产生严重的反馈抑制,CBS生物催化剂中β-葡萄糖苷酶(BGL)的表达不可缺少,因此,代谢物组学研究组已通过向热纤梭菌中引入外源BGL,构建了两代CBS生物催化剂,实现纤维素到葡萄糖的高效转化(Biotechnol Biofuels, 2017. 10, 124;Biotechnol Biofuels, 2019. 12, 35)。

木质纤维素糖化关键技术

木质纤维素糖化关键技术

木质纤维素糖化关键技术木质纤维素是一种重要的可再生资源,目前主要应用于高蛋白饲料的原料、为生物燃料及化学原料三个领域。

但是由于天然木质纤维素的化学成分及结构都十分复杂,使其转化为工业发酵可利用的小分子糖类,需通过有效的预处理工艺及利用大量的多种糖苷水解酶共同作用,才能对其进行有效地生物降解。

.因此,一直以来木质纤维素生物转化利用中,所遇到的主要瓶颈是水解过程中糖苷水解酶的种类和用量的高需求及降解方式的低效率,这也是造成纤维素生物转化利用高成本的主要原因。

基于上述原因,本实验室主要开展一下关键技术研究并取得一定进展:一、纤维素酶高产菌种开发:①β—葡萄糖苷酶菌种:通过筛选及一次DNS 诱变获得H16 桧状青霉菌种,β-葡萄糖苷酶酶活达100IU/ml(纤维二糖底物)以上,远远高于里氏木霉和黑曲霉的β—葡萄糖苷酶酶活力,且其Km 是已经报道的真菌胞外β-葡萄糖苷酶最低的,表示具有高纤维二糖结合能力.②全酶系高产纤维素酶菌种:基于组合诱变及基因工程技术具有独立知识产权、兼具木霉青霉特性全酶系纤维素酶高产菌株,目前完成了两种菌种的原生质体融合,最终创制纤维素水解平衡酶系高产菌种.二、底物特异性高效水解酶系制备:①酶系制备:基于里氏木霉诱变菌种DES-15(自RUT-C30 诱变获得,表现菌丝分支多且短的优异发酵性状)及多尺度数学模型控制下的发酵工艺(建立养分消耗、菌丝生长及纤维素水解等模型进而优化发酵工艺),目前在200L 罐发酵原液滤纸酶活达到25FPU 以上;②酶系复配:利用上述酶系,基于木质纤维素组成成分以及结构的差异,调整不同酶及非酶组分组成及用量,制备底物专一性高效复配酶系.目前通过酶系平衡配比以及部分添加剂的使用,滤纸酶活达到35FPU/ml 以上。

三、新型预处理技术:基于桧状青霉小分子蛋白木质纤维素改性机理解析基础上,建立了藻类类生物预处理技术以及气爆玉米秸秆生物与物理化学预处理相结合的新型工艺。

《不同木质纤维素类生物质的预处理条件及酶解糖化研究》范文

《不同木质纤维素类生物质的预处理条件及酶解糖化研究》范文

《不同木质纤维素类生物质的预处理条件及酶解糖化研究》篇一一、引言随着化石资源的日益减少,全球的注意力已经转向可再生生物质资源。

木质纤维素类生物质作为一类重要的可再生资源,其利用和开发具有巨大的潜力。

预处理和酶解糖化是木质纤维素生物质转化为生物能源和生物基化学品的关键步骤。

本文旨在研究不同木质纤维素类生物质的预处理条件及酶解糖化的过程,为实际应用提供理论依据。

二、不同木质纤维素类生物质的预处理条件1. 预处理方法的分类预处理方法主要分为物理法、化学法、物理化学法以及生物法等。

不同预处理方法的效果受到原料类型、处理条件等多种因素的影响。

2. 具体预处理条件(1)物理法:如机械破碎、蒸汽爆破等,通过改变纤维素的结晶度、孔隙结构等,提高酶解效率。

(2)化学法:如稀酸、稀碱等预处理方法,通过改变木质素的性质,提高纤维素的可及性。

其中,稀酸预处理是最常用的方法之一,其条件包括酸浓度、温度、时间等。

(3)物理化学法:如氨纤维爆破等,结合了物理和化学的作用,有效提高纤维素的利用率。

(4)生物法:如通过白腐菌等微生物进行预处理,分解部分木质素和半纤维素,从而提高纤维素的可利用性。

三、酶解糖化研究酶解糖化过程中主要涉及的是纤维素酶对纤维素的作用。

在这一过程中,纤维素被分解成葡萄糖等单糖。

这一过程的效率和效果受到多种因素的影响,包括温度、pH值、酶浓度等。

同时,生物质的组成和预处理方法也会影响酶解糖化的效果。

四、实验设计及结果分析本文选择了几种典型的木质纤维素类生物质进行预处理和酶解糖化的研究。

包括小麦秸秆、玉米秸秆、木质废料等。

实验过程中,首先进行预处理,然后通过测定预处理后生物质的组成、结构和性质的变化,来优化预处理的条件。

随后进行酶解糖化的实验,记录酶解的时间、单糖的产量等数据。

实验结果表明,不同的预处理方法对生物质的酶解糖化效果有显著影响。

其中,稀酸预处理在适当的条件下可以显著提高酶解糖化的效率。

同时,不同的生物质类型对酶解糖化的效果也有影响,如木质废料的酶解糖化效果通常优于小麦秸秆和玉米秸秆。

《2024年不同木质纤维素类生物质的预处理条件及酶解糖化研究》范文

《2024年不同木质纤维素类生物质的预处理条件及酶解糖化研究》范文

《不同木质纤维素类生物质的预处理条件及酶解糖化研究》篇一一、引言随着全球能源需求的增长和环境污染问题的日益严重,可再生生物质资源已成为研究的热点。

木质纤维素类生物质作为一种丰富的可再生资源,具有巨大的潜力用于生物能源和生物基产品的生产。

然而,木质纤维素的复杂结构使其难以被生物分解和利用。

因此,预处理和酶解糖化技术对于将木质纤维素转化为可发酵的糖类至关重要。

本文旨在研究不同木质纤维素类生物质的预处理条件及其对酶解糖化的影响。

二、预处理技术及其对生物质结构的影响1. 预处理技术目前,常用的预处理方法包括物理法、化学法、物理化学法和生物法等。

物理法主要包括机械粉碎、热处理等;化学法主要包括酸处理、碱处理等;物理化学法则结合了物理和化学方法,如蒸汽爆破法;生物法则利用微生物对生物质进行预处理。

2. 预处理对生物质结构的影响预处理技术能够破坏木质纤维素的复杂结构,提高其可及度和酶解效率。

不同预处理方法对生物质结构的影响程度不同,例如,碱处理能够去除木质素,降低纤维素的结晶度;酸处理则能够水解半纤维素,增加纤维素的暴露程度。

三、酶解糖化技术研究酶解糖化是指利用酶将纤维素和半纤维素水解为单糖的过程。

酶的选择和酶的添加量对酶解糖化效果具有重要影响。

此外,酶解过程中的温度、pH值、时间等因素也会影响酶解效果。

四、不同木质纤维素类生物质的预处理条件及酶解糖化研究1. 农业残余物对于农业残余物,如秸秆、稻草等,可采用碱处理或蒸汽爆破法进行预处理。

预处理条件为:碱处理时,碱浓度为2%(w/v),处理时间为1小时;蒸汽爆破时,压力为 1.5MPa,处理时间为10分钟。

在适宜的酶解条件下,可获得较高的糖化效率。

2. 木质类生物质对于木质类生物质,如木材、木屑等,可采用酸处理或机械粉碎法进行预处理。

酸处理的条件为:硫酸浓度为0.5%(w/v),处理时间为2小时。

机械粉碎则主要依靠物理作用破坏纤维结构。

经过适宜的预处理后,再通过酶解糖化获得单糖。

木质纤维素类生物质高效制糖及综合利用关键技术_概述及解释说明

木质纤维素类生物质高效制糖及综合利用关键技术_概述及解释说明

木质纤维素类生物质高效制糖及综合利用关键技术概述及解释说明1. 引言1.1 概述本文旨在概述和解释木质纤维素类生物质高效制糖及综合利用关键技术。

随着全球能源需求的日益增长和环境污染问题的加剧,寻找新型可再生能源和可持续发展路径已成为当前国际社会的共同关注点。

作为最为广泛分布且主要来源的生物质资源之一,木质纤维素类生物质以其丰富的碳水化合物组分倍受研究者们的关注。

近年来,众多科学家和工程师致力于利用先进的技术手段将木质纤维素类生物质转化为有价值的糖类产物,并开发出相关综合利用方法,以实现生物质资源高效利用,从而满足能源、化工品和材料等多领域的需求。

1.2 文章结构本文将按照以下结构来进行叙述:首先,在第2部分中,我们将重点介绍木质纤维素类生物质高效制糖关键技术。

这包括分离和预处理、酶法降解和水解以及纤维素糖化工艺优化等方面的内容。

然后,在第3部分中,我们将探讨木质纤维素类生物质综合利用关键技术,包括生物质能源转化、生物质制备化学品与材料以及生物质废弃物资源化利用等领域的技术进展。

最后,在第4部分,我们将总结本文中介绍的主要观点和发现,并对未来的研究方向提出建议。

1.3 目的通过本文的详细介绍与说明,我们旨在提供一个全面而清晰的概述木质纤维素类生物质高效制糖及综合利用关键技术。

希望这些信息能够为科学家、工程师和相关领域的研究人员提供有价值的参考,并推动木质纤维素类生物质转化成果在实际应用中更好地推广和落地。

只有通过不断创新和完善相关技术,才能实现可持续发展并促进全球环境保护与经济建设的协调发展。

2. 木质纤维素类生物质高效制糖关键技术2.1 分离和预处理木质纤维素类生物质是一种复杂的多聚糖结构,其中包含纤维素、半纤维素和木质素等组分。

在高效制糖过程中,首先需要对原料进行分离和预处理。

分离主要是将木质纤维素类生物质与其他杂质分离开来,以提高后续酶解过程的效率。

预处理则是通过物理、化学或生物方法对木质纤维素类生物质进行改性,以增加其可降解性和易于转化为糖类的特性。

《不同木质纤维素类生物质的预处理条件及酶解糖化研究》范文

《不同木质纤维素类生物质的预处理条件及酶解糖化研究》范文

《不同木质纤维素类生物质的预处理条件及酶解糖化研究》篇一一、引言随着全球能源需求的增长和环境污染问题的日益严重,可再生能源的开发和利用已成为当前研究的热点。

木质纤维素类生物质作为可再生资源,具有来源广泛、成本低廉等优点,是未来可持续能源的重要组成部分。

预处理技术和酶解糖化技术是生物质转化的关键环节,本文旨在研究不同木质纤维素类生物质的预处理条件及酶解糖化过程,为生物质能源的开发和利用提供理论依据。

二、不同木质纤维素类生物质的预处理条件1. 生物质来源本文选取了常见的木质纤维素类生物质,如农作物秸秆、木屑、废弃纸张等作为研究对象。

2. 预处理方法预处理方法主要包括物理法、化学法及物理化学法。

物理法主要包括磨碎、热裂解等;化学法包括酸、碱及有机溶剂法等;物理化学法则结合了物理和化学的方法,如蒸汽爆破等。

3. 预处理条件不同预处理方法对生物质的处理效果和酶解糖化效果有显著影响。

以酸处理为例,最佳的处理条件为:硫酸浓度0.5%,处理时间3小时,处理温度150℃,在此条件下可获得较高的糖化率和生物质降解率。

其他方法如蒸汽爆破法等,也具有较高的转化效率。

三、酶解糖化研究1. 酶的种类和来源酶解糖化过程中,主要使用纤维素酶和半纤维素酶。

这些酶可从真菌、细菌等微生物中提取。

不同的酶种类和配比对糖化效果具有重要影响。

2. 酶解条件酶解糖化的条件主要包括温度、pH值、酶的浓度及反应时间等。

在适宜的条件下,酶可与生物质中的纤维素和半纤维素发生反应,生成葡萄糖等可发酵性糖类。

3. 糖化效果评价糖化效果的评价主要依据糖化率和产物的纯度。

在适宜的条件下,酶解糖化后,生物质的糖化率可达到较高水平,产物的纯度也得到保障。

此外,糖化过程应尽量避免有害产物的生成,以确保产物的质量。

四、实验结果与分析1. 预处理对糖化效果的影响实验结果表明,适宜的预处理方法可显著提高生物质的酶解糖化效果。

例如,酸处理后的生物质在酶解过程中具有较高的反应活性,有利于葡萄糖的生成。

《不同木质纤维素类生物质的预处理条件及酶解糖化研究》范文

《不同木质纤维素类生物质的预处理条件及酶解糖化研究》范文

《不同木质纤维素类生物质的预处理条件及酶解糖化研究》篇一一、引言随着对可再生能源及环保型工艺的需求增加,生物质能成为研究的热点领域。

其中,木质纤维素类生物质由于其资源丰富、可再生的特点,被认为是重要的生物能源来源。

为了更有效地利用木质纤维素类生物质进行生物转化和发酵过程,对其预处理及酶解糖化研究具有重要意义。

本文将重点讨论不同木质纤维素类生物质的预处理条件及其酶解糖化的研究进展。

二、不同木质纤维素类生物质的预处理条件2.1 预处理方法木质纤维素的预处理方法主要包括物理法、化学法、物理化学法以及生物法等。

其中,物理法包括机械粉碎、热解等;化学法包括酸、碱、有机溶剂等处理方法;物理化学法如蒸汽爆破法等;生物法则主要是通过微生物等生物体进行预处理。

2.2 预处理条件预处理条件包括温度、时间、酸碱度、添加物等。

对于不同的木质纤维素类生物质,预处理条件存在差异。

例如,对于某些生物质,较低的温度和较短的预处理时间即可达到较好的效果;而对于其他生物质,可能需要较高的温度和较长的处理时间。

此外,添加适当的化学物质或酶也可以提高预处理的效率。

三、酶解糖化研究3.1 酶的选择酶解糖化过程中,主要使用的酶包括纤维素酶和半纤维素酶。

不同种类的酶在糖化过程中具有不同的作用,因此选择合适的酶对提高糖化效率至关重要。

3.2 酶解条件酶解条件包括温度、pH值、酶浓度、底物浓度等。

这些因素都会影响酶解糖化的效果。

在一定的范围内,适当的提高温度和酶浓度可以加快反应速度,但过高的温度和过高的酶浓度可能会导致酶的失活或底物的降解。

因此,需要找到最佳的酶解条件以实现最高的糖化效率。

四、研究进展及展望4.1 研究进展近年来,随着科学技术的进步,对于木质纤维素类生物质的预处理及酶解糖化的研究取得了显著的进展。

研究者们通过优化预处理条件和酶解条件,提高了木质纤维素的转化效率和糖化效率。

同时,新型的预处理方法如微波辅助预处理、超声波辅助预处理等也被广泛研究并应用于实际生产中。

一种预处理木质纤维素原料转化为还原糖的方法

一种预处理木质纤维素原料转化为还原糖的方法

一种预处理木质纤维素原料转化为还原糖的方法预处理是木质纤维素原料转化为还原糖的重要步骤,旨在打破纤维素的结构,提高纤维素的易降解性,从而提高还原糖的产率。

以下是一种常用的预处理方法:热压酸处理法。

热压酸处理法是一种将原料与酸溶液混合,并在高温高压条件下进行反应,以去除纤维素结构中的物质,使得纤维素易于降解,从而提高还原糖产率的方法。

具体步骤如下:第一步,原料选择。

在热压酸处理法中,木质纤维素原料可以选择木材、秸秆等富含纤维素的植物材料。

根据所需的还原糖类型,可以选择不同的原料进行处理。

第二步,机械切碎。

将原料进行机械切碎,使得纤维素结构更加易于酸的侵蚀,提高反应效果。

第三步,预处理。

将切碎后的原料投入反应装置中,与酸溶液混合。

通常使用硫酸、盐酸等酸性溶液进行处理。

酸溶液的浓度和酸料比需要根据原料的性质进行确定。

一般来说,酸溶液的浓度在1%到4%之间。

第四步,高温高压反应。

原料与酸溶液混合后,将反应装置密封,并加热至高温高压条件下进行反应。

温度一般在150℃到230℃之间,压力则根据酸溶液浓度和反应容器的承受能力来确定。

反应时间一般在30分钟到2小时之间。

第五步,还原糖分离。

反应后,将反应液分离得到还原糖溶液。

可以通过蒸发浓缩、沉淀过滤等方法进行还原糖的分离。

分离得到的还原糖溶液可以直接用于下一步的转化反应。

以上就是一种预处理木质纤维素原料转化为还原糖的热压酸处理法。

通过这种方法,可以有效地提高木质纤维素原料的可降解性,从而提高还原糖的产量。

然而,需要注意的是,不同种类的木质纤维素原料在预处理方法中的参数可能有所不同,因此在实际应用中需要根据原料性质进行调整和优化。

此外,还有其他的预处理方法也值得进一步研究和尝试,以便提高还原糖产率并减少处理成本。

中科院开发木质纤维素糖化高效全菌催化剂

中科院开发木质纤维素糖化高效全菌催化剂

制液体燃料的研 究拓展 了新思路。 还为间歇性可再生 能源 ( 风能、 太 阳能、 水能等 ) 的利用提供 了新途径。
氢制 取 高辛烷 值 汽油 。 如果 以 C O 作 为 原料 生 产 汽 油 ,将 是 一 种潜 在 替代 化 石燃 料 的清 洁 能源 策 略 , 不仅 可有 效 降低 C O 造 成 的温 室 效应 , 还 可 减 轻对 传 统 化石 能源 的依 赖 。 但是 C O : 的活化 与选 择性 转 化仍 面 临 巨大 挑 战。

2 8.




第4 7卷
中科 院开 发木 质纤 维素 糖 化高效 全 菌催 化剂
萄糖苷酶 C a B g l A 与 关键 纤维 小 体 酶 C e 1 4 8 S进 行 融
中科 院 网站 发布 消 息 称 。 如 何 实 现 木 质 纤 维 素 生 物 质 这 一低 值 原料 的 高 值 化 利用 , 一 直 是 国 内外 的研 究 热 点 。中 国科 学 院青 岛生 物 能源 与 过 程 研 究
降解 分 子 机器 之 一 , 作 为 典 型 的产 纤 维 小体 菌 株 , 热
研究 团队设计 了一种高效稳 定的 N a — F e O / H Z S M一 5多功 能 复合 催 化剂 , 在 接 近 工业 生 产 的条件 下, 该 催化剂 实现 了 C H 4 和C O的低 选择 性 , 烃类 产物
所 代 谢 物 组 学 团 队 以打 破 国外 技 术 垄 断 、 突破 木 质
合 表达 并组 装 到胞 外 纤 维 小体 上 。利用 该 重 组 菌株 作 为全 菌 催 化 剂进 行 糖化 反 应 发现 , 以1 0 0 g / L微 晶 纤维 素 为 底 物 时 , 其还原糖产量达 4 8 9 m M( 以葡 萄 糖 分 子量 换 算 为约 8 8 g / L ) 。该 菌 高效 降解 纤 维素 及 生产 可 发酵 糖 的 能力 初 步证 明 了木 质 纤维 素 的全 菌 催 化 糖 化策 略在 工 业 化应 用 中的可 行 性 。 该研 究 拓

科技成果——木质纤维素整合生物加工糖化技术

科技成果——木质纤维素整合生物加工糖化技术

科技成果——木质纤维素整合生物加工糖化技术
技术优势
目前常规的木质纤维素糖化方法是添加游离纤维素酶及半纤维素酶系,但纤维素酶生产成本较高,且核心技术掌握在少数国外公司手中,严重限制了木质纤维素的工业化利用。

整合生物加工(CBP)在一个反应器中完成从纤维素降解到能源产品合成的全过程,从而降低成本、简化过程,是最有希望实现木质纤维素工业化应用的技术之一。

性能指标
通过菌株工程改造及工艺优化,获得热纤梭菌的CBP高效糖化全菌催化剂,糖化效率比野生菌种高5倍以上,并最终建立木质纤维素产糖的一体化CBP工艺吨级示范,可发酵糖含量>80g/L。

市场分析
我国每年的农林废弃物总量约15亿吨,若30%用来生产燃料乙醇,以6吨产1吨乙醇估算,则可形成7500万吨燃料乙醇生产能力,与目前国内成品汽油消耗总量相当。

因此,大量可再生木质纤维素类生物质资源的清洁、高效、低成本降解利用是加快发展循环经济,保障国家能源安全和碳减排的一项重要战略任务,具有不与人争粮、不与粮争地的突出优势。

本项目开发基于CBP技术的木质纤维素的高效利用工艺能极大降低下游产品的生产成本,简化生产流程,具有广泛的市场前景和可观的经济效益。

合作方式技术转让、技术入股。

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木质纤维素糖化关键技术
木质纤维素是一种重要的可再生资源,目前主要应用于高蛋白饲料的原料、为生物燃料及化学原料三个领域。

但是由于天然木质纤维素的化学成分及结构都十分复杂,使其转化为工业发酵可利用的小分子糖类,需通过有效的预处理工艺及利用大量的多种糖苷水解酶共同作用,才能对其进行有效地生物降解。

因此,一直以来木质纤维素生物转化利用中,所遇到的主要瓶颈是水解过程中糖苷水解酶的种类和用量的高需求及降解方式的低效率,这也是造成纤维素生物转化利用高成本的主要原因。

基于上述原因,本实验室主要开展一下关键技术研究并取得一定进展:
一、纤维素酶高产菌种开发:
①B -葡萄糖苷酶菌种:通过筛选及一次DNS诱变获得H16桧状青霉菌种邙- 葡萄糖苷酶酶活达100IU/ml (纤维二糖底物)以上,远远高于里氏木霉和黑曲霉的B-葡萄糖苷酶酶活力,且其Km是已经报道的真菌胞外B -葡萄糖苷酶最低的,表示具有高纤维二糖
结合能力。

②全酶系高产纤维素酶菌种:基于组合诱变及基因工程技术具有独立知识产权、兼具木霉青霉特性全酶系纤维素酶高产菌株,目前完成了两种菌种的原生质体融合,最终创制纤维素水解平衡酶系高产菌种。

二、底物特异性高效水解酶系制备:
①酶系制备:基于里氏木霉诱变菌种DES-15 (自RUT-C30诱变获得,表
现菌丝分支多且短的优异发酵性状)及多尺度数学模型控制下的发酵工艺(建立养分消耗、菌丝生长及纤维素水解等模型进而优化发酵工艺),目前在200L 罐发酵原液滤纸酶活达到25FPU 以上;
②酶系复配:利用上述酶系,基于木质纤维素组成成分以及结构的差异,调整不同酶及非酶组分组成及用量,制备底物专一性高效复配酶系。

目前通过酶系平衡配比以及部分添加剂的使用,滤纸酶活达到35FPU/ml 以上。

三、新型预处理技术:
基于桧状青霉小分子蛋白木质纤维素改性机理解析基础上,建立了藻类类生物预处理技术以及气爆玉米秸秆生物与物理化学预处理相结合的新型工艺。

其中利用自由基对藻类细胞壁瞬间预处理后,其转化成还原糖的能力提高了70%,效果显著优于酸碱等预处理工艺,因此可以用于藻类生物炼制以及能源化利用。

该预处理方式具有用时短,反应条件温和,成本低,不存在抑制物等优点。

木质纤维素油脂化工品及液体燃料平台技术
1.主要产品及其功能
美国华盛顿州立大学生物产品与加工实验室开发的工艺技术生产的主要产品是非食用性来源的微生物油脂。

此微生物油脂可以用作可再生烃类生物燃料的直接原料和升级加工高价值生物化工品的前体,例如二羧酸,蓖麻油酸。

2. 市场需求量总体来讲国际市场对于生物燃料和高价值生物化工品的需求量远超其供应量。

1. 截至2011 年,生物燃料的国际需求量已经到达每年9200 万吨。

2.国际市场对于长链二羧酸的需求量巨大,其衍生品经济价值达到42 亿美元
3.蓖麻油酸作为工业化学品市场中的一个有利竞争品,由于蓖麻油酸及其衍生物的广泛应用,在2011 年蓖麻油酸的国际需求量到达了每年80-100 吨。

3. BBEL 核心技术
BBEL 开发的以木质纤维素为原料生产微生物油脂的平台技术主要包含以下流程:木质纤维素材料首先经过预处理工艺破环其原有的复杂结构,主要用于提高之后的酶解和糖化效率;产生的固体残留物经过洗涤后,利用产油酵母或真菌,通过同步糖化发酵技术,在胞内积累生成微生物油脂。

4. 技术创新点
1. 高效利用半纤维素来源的戊糖用于微生物油脂生产。

2. 将同步糖化共发酵技术用于微生物油脂生产,而该技术现阶段仅用于燃料乙醇的生产。

BBEL 开发的该技术平台主要解决了以下微生物油脂工业发展过程中的局限:1. 由于该技术工艺可以应用于多种不同的生物质材料,因此大大的提高了生物炼制工厂的加工量; 2. 由于大多数的生物质材料受季节影响大,因此该技术平台,利用
生物质材料的多样性能较好的规避原料供应季节性的难题。

5. BBEL 技术平台发展现状
美国华盛顿州立大学生物产品与加工实验室BBEL 成功开发臭氧结合氨浸泡预处理工艺(OSAA) 并且实现了将同步糖化共发酵技术成功应用于微生物油脂生产的技术路线。

此两项技术均已成功申请国际专利。

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