生物燃料乙醇

生物燃料乙醇

汽车，第二次工业革命的重要发明，它为人类社会的物质运输提供了重要的保障，推动了历史的进程。从发明的第一辆蒸汽汽车到现在的柴油、汽油汽车，其动力来源都是三大化石能源，然而，从不断上涨的国际油价可以清楚的认识到，汽车所依靠的化石能源特别是石油正日益枯竭，因此，在我们还无法人工合成烃类燃料的情况下，我们只能将目光转向大自然，利用植物来生产燃料替代品或部分替代品，而在这方面，生物燃料乙醇则有希望大规模的开发和利用起来，以缓解汽车燃料紧缺的现状。

生物乙醇是指通过微生物的发酵将各种生物质转化为燃料酒精。它可以单独或与汽油混配制成乙醇汽油作为汽车燃料。而生产燃料乙醇所需要的原产料，则主要分为糖质原料、淀粉质原料、纤维素原料和其他原料，在这其中，糖质和淀粉质的来源主要是粮食作物如甘蔗、玉米等，但粮食并不是每个国家都富裕到能拿来大规模生产燃料的，例如像我们这样的人口大国。其他原料则主要指的是如造纸厂的硫酸盐纸浆废液、淀粉厂的甘薯淀粉渣和马铃薯淀粉渣等，而这种原料的来源本身也就决定了其不能够拿来大规模生产，因此，我们现在的目光主要放在了纤维质原料上。纤维素是生物界最重要的碳源物质，每年由光合作用产生的植物干质量约220亿t，其中纤维素占50%，所以，纤维质原料具有数量多的特点，而有关纤维素的酵解问题，也成为了世界各国科学家所关注的焦点。

纤维素在最近几年为大家认识和接受，因为其现在被定位为人体所需要的第七大营养物质。虽然，纤维素无法为所吸收，但它可以促进人体的肠道蠕动，促使粪便较快的排出，减少致癌物与肠壁的接触时间，从而达到降低肠癌发生率。纤维素虽然无法被人体分解并吸收，但食草动物如牛羊等则可以将其分解并吸收，并且，作为大自然的分解者，分解微生物也可以将纤维素分解。而另外一方面，利用物理方法或传统的化学工艺则无法很好有效的将纤维素分解并进一步利用，而这也是纤维素拿来利用生产燃料乙醇的难点。

纤维素之所以难降解，是由于其拥有稳定的结构。纤维素是由吡喃葡萄糖以β-1，4-糖苷键连接成的线性大分子多聚物，纤维二糖是其基本单元，纤维素分子表面平整，易于长向伸展，加上吡喃葡萄糖环上的侧基，十分利于氢键的形成，使这种带状、刚性的分子链聚集在一起，成为结晶性的原纤维结构。纤维素主要有结晶区和非结晶区两部分，前者结构稳定，微生物降解十分困难；后者纤维素结构比较疏松，很易被微生物降解。纤维素分子链结晶区有氢键，是造成纤维素难以被利用的根本原因。而纤维素如此稳定的结构，也为植物的生存提供了有力保障【1】。

关于纤维素的降解机理研究有很多，而比较著名的有1950年Reese等人提出的C1-C X假说，该学说认为，C1酶首先作用于结晶纤维素，使形成结晶结构的纤维素链开裂，长链分子的末端

部分离，使其转化为非结晶形式，从而使纤维素链易于水解；C X酶随机水解非结晶纤维素，可溶性纤维素衍生物和葡萄糖的β-1，4-寡聚物；β-葡萄糖苷酶将纤维二糖和纤维三糖水解成葡萄糖【2】。而纤维素酶其自身的生产成本高，生产效率低，这大大制约了纤维素制燃料乙醇的发展，因而，在更多时候，我们所考虑的还是传统的微生物发酵工艺。到目前为止，经过国内外科学工作者的大量工作，已经筛选到很多纤维素降解菌，主要包括细菌、放线菌和丝状真菌等。而另一方面，科学家们通过基因工程，也筛选到了纤维素降解菌。从发酵工艺来说，在不做预处理的情况下，单菌种降解木质纤维素是很困难的。因此，利用各菌种的协同作用来高效快速地降解各木质纤维素大分子越来越受到人们的重视【3】。

最后，生物燃料乙醇在未来如果被大范围的利用，其结果必定是双赢的，一方面，它缓解了汽油等传统能源物资的压力，而另一方面，它又是一种环保型能源，由于利用了植物中的含碳类物质，因而，可以减少大气中的二氧化碳排放量，减缓温室效应的进程，所以，它是值得我们去探索、研究和发展的。

∙谢占玲，吴润. 纤维素酶的研究进展. 草业科学，21卷4期.

∙齐义鹏. 纤维素酶及其应用【M】.成都：四川人民出版社，1980：37-48.

∙文少白，李勤奋，侯宪文，李光义，邓晓. 微生物降解纤维素的研究概况. 中国农学通报2010，26（01）：231-236.