纤维素乙醇的研究进展
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
大连化物所木质纤维素制乙醇研究工作取得新进展
大连化物所木质纤维素制乙醇研究工作取得新进展燃料乙醇是一种优质可再生的清洁能源，添加于汽油燃料里可替代部分石油基燃料并能降低污染物排放，已在国际上得到广泛使用。
目前燃料乙醇主要依靠粮食淀粉和植物糖类为原料经发酵制得。
利用来源广泛的农、林废弃物等各类木质纤维素为原料生产燃料乙醇有着极为广阔的前景，也是数十年来生物化工技术领域研究的一个焦点。
木质纤维素制乙醇至少需要经过预处理、酶解、发酵三步完成，其中预处理过程中产生的毒性物质（如乙酸、糠醛、苯酚等）严重抑制酵母生长和乙醇发酵，成为纤维素乙醇生产的主要技术瓶颈。
目前主要通过水洗、物理、化学和生物等方法对预处理木质纤维素及其酶解液进行深度脱毒才能实现较好的发酵效果，但是复杂的工艺、昂贵的设备投资、大量的水耗以及可发酵糖的损失等极大地降低了纤维素乙醇生产的经济效益，从而制约了纤维素乙醇的工业化进程。
中科院大连化物所生物质转化技术研究组（DNL0602）张宗超研究团队在木质纤维素制乙醇研究工作中，发现聚乙二醇（PEG）与酵母细胞有很好的生物兼容性，而且PEG对工业酿酒酵母细胞（淀粉基）具有显著的外保护“原位脱毒”功能。
这种化学分子的外保护使酵母细胞在与毒性物质共同存在时，仍具有将速生杨、玉米秸秆等木质纤维素水解液发酵生产乙醇的能力。
研究结果表明，工业酿酒酵母（淀粉基）在PEG保护的条件下可直接将木质纤维素水解液转化为乙醇，无需进行基因改造、适应性培养。
该方法可有效简化生产工艺、减少水耗和设备投资，推动纤维素乙醇的工业化进程。
相关研究结果在线发表于近期的Scientific Reports（doi:10.1038/srep20361）上。
纤维素乙醇基因工程研究进展
中国生物工程杂志 China Biotechnology ,2009,29(7):127~133纤维素乙醇基因工程研究进展蒋西然 李文利*(大连理工大学环境与生命学院 大连 116024)摘要 天然微生物代谢木质纤维素生成乙醇的途径和能力各不相同,通过基因工程的手段,将不同菌种的优良基因加以重组和改造,提高乙醇产率及降低成本,是当前纤维素乙醇研究的重要课题。
综述了已发现的能够代谢纤维素产乙醇的天然微生物的种类、特性、代谢机理及构建重组菌株的方法和研究进展,并对基因工程开发纤维素乙醇工程菌的前景和存在的问题进行分析。
关键词 纤维素 乙醇 基因工程中图分类号 Q78收稿日期:2009201208 修回日期:2009203223*通讯作者,电子信箱:dali an l w l 2002@yah oo .co m .cn随着化石燃料日益枯竭,木质纤维素作为重要的可再生资源,对其开发利用不但可以替代传统能源解决能源危机,还有利于环境保护和实现资源的可持续发展。
现存的木质纤维素资源如杂草、农作物残体、森林木质素等若能被有效利用以生产乙醇,将能够替代当今30%的石油消耗[1],而我国每年有近6亿吨农作物秸杆得不到有效利用而被焚烧。
木质纤维素的组成为:纤维素约45%(由葡萄糖脱水,通过B 21,4葡萄糖苷键连接形成的直链聚合体,其酸水解或酶水解产物主要为葡萄糖)、半纤维素约30%(由不同的多聚糖构成,水解产物主要为戊糖,其中以木糖为主)、木质素约25%(由复杂酚类聚合而成)[2]。
水解纤维素的纤维素酶复合体系包括:(1)内切B 21,4葡聚糖酶(来自真菌的称EG ,来自细菌的称Len ,分子量约23~146kDa)。
(2)外切B 21,4葡聚糖酶(又称纤维二糖水解酶,来自真菌的称CB H,来自细菌的称Cex ,分子量约38~118kDa)。
(3)B 2葡萄糖苷酶(又称纤维二糖酶,B G,分子量约76kDa)。
纤维素酶分子由催化结构域(C D )、纤维素结合结构域(CBD)和连接桥(li nker)组成。
纤维素乙醇研究进展课件
第二级反应器主要降解难降解的纤维素，水解后剩余的残渣主 要是木质素，水解液中和后送入发酵罐进行发酵。
纤维素乙醇研究进展课件
4
1.2 酶水解技术
同植物纤维酸法水解工艺相 比,酶法水解具有反应条件 温和、不生成有毒降解产物、糖得率高和设备投资低等优点。 而妨碍木质纤维素资源酶法生物转化技术实用化的主要障碍 之一,是纤维素酶的生产效率低、成本较高。目前使用的纤维 素酶的比活力较低,单位原料用酶量很大,酶解效率低,产酶和 酶解技术都需要改进。为了满足竞争的需要，生产每加仑乙 醇的纤维素酶的成本应该不超过7 美分。但在目前产酶技术 条件下,生产1加仑乙醇需用纤维素酶的生产费用约为30～50 美分。
纤维素乙醇研究进展课件
16
• 与目前的广被接受的SSF相比，直接发酵产乙醇有着独 特的优势: • 首先，此举似乎比基因工程菌更值得研究。一方面前者 不需添加额外的酶，而后者需要酶基因的转入；另一方面前 者既可发酵六碳糖又可利用五碳糖，后者则需重组质粒，而 基因工程菌共同的致命弱点是遗传稳定性差，目前还很难解 决。
纤维素乙醇研究进展课件
1
1、木质纤维素的降解技术
技术路线： 酸水解 酶水解
纤维素乙醇研究进展课件
2
1.1 酸水解技术
在酸水解工艺中，可以使用盐酸或硫酸，按照使用酸的 浓度不同可以进一步分为浓酸水解和稀酸水解。
法国早在1856 年即开始用浓硫酸水解法进行乙醇生产， 浓酸水解过程为单相水解反应,纤维素在浓酸作用下首先溶解, 然后在溶液中进行水解反应。
• 木质纤维素是地球上最丰富的可再生资源，据测算年总产 量高达1500亿吨，蕴储着巨大的生物质能(6.9×1015千卡)。
纤维素乙醇的研究进展
通 过 自水解作 用转变成单糖 和寡糖 ， 部分 木质 素的 』芳 争
醚键断 裂且发 生部 分缩合 作 用 。由于化 学 方法 涉 及浓 酸、 浓碱 ， 对生物质 的主要成分会 有不 同 的影 响 另 外 ， 技术经 济分析 对 主要 的预处理 方 法进 行 原料 成 本评 价 和性 能评价对 工业化工艺 的选 择至关重要 。 】
利 用基 因工 程方 法 可 改 善 纤 维 素 酶 的性 能 、 低 降
糖 化生 物质 底物所 需 的 酶量 。对 于纤维 素 酶工程 菌最
上产 量最大 的可再 生 资源 ， 括 林 木 、 作 物 秸 秆 、 包 农 农
副产 品加 工下脚 料 等 ， 自然 生 态 系 统 的 能量 流 与物 在
初 的 目标是 纤维 二糖 酶 ， 它们 在天 然 纤 维 素 酶 系 中一 般 占 ６ ～８ 。Ｔｅｅ Ｏ Ｏ ｔｒ等［ 利用 定 点 突 变 、 向饱 ７ 】 定
和 突变 、 Ｃ Ｐ Ｒ扩 增 和 ＤＮＡ 分子 进化 ， 产生 了里 氏 木 酶
质循 环流 中有 重要 地位 ， 开发 以木 质 纤 维 素 为原 料 制
性 和热活性 。重 组菌 的综 合 性 能 超 过 母 本 ， 于预 处 用 理后 的玉 米 秸 秆 的水 解 。Ｄ 叼也 利用 定 点 突 变 ， ａ 得
到新 的 Ｈｙ ｏ ｒａ ｅｏｅ ａ纤 维二 糖酶 Ｃ ｌＡ（ Ｂ ） ｐ ｃｅｊ ｃｒｎ ｅ７ Ｃ Ｈ１ 变种 ， 几个 突 变株表 达 在 里 氏木 酶 中 显示 出好 的 热稳
２ 世 纪所 面临 的能 源 、 １ 资源 、 环境 等 危 机 ， 已成 为
进 一步 降低 酶制剂 的成 本 。
国内外纤维素乙醇技术进展研究
１ 国 外 纤 维 素 乙 醇 技 术 进 展
１ １ 木 质 纤 维 素 预 处 理 技 术 ．
物 ， 要 水 洗 环 节 ， 污 水 处 理 类 似 草 浆 造 纸 产 业 ， 个 大 需 且 是 问 题 。而 稀 酸 蒸 爆 中 木 质 纤 维 素 不 会 产 生 抑 制 物 和 污 染 问
ＮＯ ．８， ２０１ １
现 代 商 贸 工 业 Ｍ ｏ ｅｎ Ｂ ｓ ｅｓ ｒｄ ｄ ｓ ｙ ｄ ｒ ｕｉ ｓ Ｔ ａｅＩ ｕｔ ｎ ｎ ｒ
２ １ 年 第 ８期 ０１
国 内 外 纤 维 素 乙 醇 技 术 进 展 研 究
吴 镇 江
（中 国石 油 天 然 气 股 份 公 司 炼 油 与 化 工 分 公 司 ， 京 １ ０ ０ ） 北 ０ ０ ７
学 利 用 核 能 、 出 生 存 危 机 、 脱 发 展 困境 寻 找 一 条 现 实 而 密 切 关 系 。美 国 曾 批 评 俄 罗 斯 参 与 建 设 上 述 核 电 站 的 做 法 走 摆 有效 的途径 。 是 “ 纣 为 虐 ” 但 后 来 改 变 立 场 ， 为 建 设 该 核 电站 将 让 伊 助 ， 认 朗 失 去 独 立 开 展 浓 缩 铀 提 炼 工 作 的 借 口 。 可 见 核 技 术 作 为 ３ 核 电 技 术 的 意 识 形 态 性 — — 垄 断 性 和 政 治 化 政 治 目的 的 重 要 性 。 ３ １ 核 电 技 术 的 垄 断 性 隐 含 独 裁 、 权 意 识 ． 集 近 日， 日本 希 望 参 与 中 国 核 电 站 建 设 ， 日本 产 业 经 济 省 核 电 技 术 就 是 将 核 能 转 变 成 商 用 电 力 的 技 术 ， 电 技 核 决 定 ，将 积 极 支 援 中 国 等 亚 洲 国 家 的 核 电 站 建 设 ” 由 于 “ 。 术 的 客 体 是 核 能 源 ， 能 源 属 于 国家 战 略 性 资 源 ， 于 这 种 核 鉴 日本 公 司 在 争 取 建 设 北 京 到 上 海 的 高 速 铁 路 项 目上 遇 到 阻 特 殊 性 ， 有 涉 及 核 资 源 的 开 发 、 用 以及 处 理 过 程 都 关 系 所 利 日本 公 司 能 否 大 量 获 得 中 国 核 电 站 建 造 合 同 还 存 有 疑 到 国家 核 能 力 的 发 展 战 略 ， 时 也 关 系 到 国 家 的 战 略 安 全 。 力 ， 同 问 。但 是 不 能 否 认 日本 此 举 具 有 明 显 的 政 治 意 图 。 因 此 ， 资 源 以 及 由 此 产 生 的 核 技 术 一 般 都 由 政 府 实 行 严 核 核 电 技 术 政 治 化 的 一 个 重 要 原 因是 核 电 技 术 涉 及 多 学 格 的 控 制 。 同 样 ， 电 技 术 作 为 对 核 资 源 开 发 、 用 的 一 种 核 利 科 领 域 ， 就 容 易 形 成 知 识 霸 权 。知 识 霸 权 的 存 在 使 有 核 这 形 式 和 手 段 也 受 到 政 府 的 管 制 ， 有 明显 的 国 家 垄 断 性 。 具 即 核 电 产 业 属 于 国 家 战 略 型 产 业 ， 负 着 能 源 供 应 与 能 强 势 国家 对 无 核 弱 势 国 家 形 成 一 种 统 治 ， 形 成 一 种 非 均 肩 源 结 构 调 整 战 略 的 重 任 。核 电 产 业 一 般 都 由 政 府 直 接 管 理 衡 结 构 。 核 电 技 术 发 展 优 势 国 家 有 意 识 的 阻 碍 核 电 技 术 的 防 和 经 营 ， 有 垄 断 性 ， 时 也 隐 含 着 独 裁 及 集 权 意 识 。 另 转 让 ， 止 技 术 的 传 播 。 当 今 世 界 科 技 优 势 在 很 大 程 度 上 具 同 国 外 ， 电 产 业 需 要 专 用 的 原 料 供 应 、 门 的 设 备 制 造 及 电力 意 味 着 权 力 上 的 优 势 ， 家 知 识 实 力 的 提 高 直 接 带 来 了 经 核 专 济 实 力 的增 强 ， 而 改 变 其 在 国 际 权 力 角 逐 中 的 地 位 。 另 从 上 网 线 路 ， 以 具 有 明 显 的 自然 垄 断 特 性 和 网 络 特 性 。 所 外 ， 于 核 技 术 可 以应 用 于 军 事 领 域 ， 对 地 区 稳 定 造 成 危 由 会 ３ ２ 核 电技 术 的 政 治 化 ． 害 ， 就 要求核 电技术 的传播 和转移需 要严 格的审查评 估 。 这 核能 发电始 于上个 世纪 ５ Ｏ年 代 ， 过 半 个 多 世 纪 的 发 经
纤维素生产酒精
天然纤维素生产酒精的研究进展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、-0-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%。
纤维素乙醇技术及研究进展
纤维素乙醇技术及研究进展摘要：本文综述了纤维素制取燃料乙醇的工艺过程，包括纤维素预处理工艺、纤维素水解糖化工艺以及酒精发酵工艺，重点讨论了纤维素各种预处理工艺，分析了各种工艺的技术特点，并概述了近几年纤维素制乙醇工艺的研究进展。
关键词：纤维素；乙醇；预处理；水解中图分类号:文献标识码：文章编号：Cellulosic ethanol technology and The advanceAbstract：This review summarizes the technological processes of fuel-ethanol production fr om cellulose,including cellulose pretreatment process,cellulose hydrolysis saccharification pr ocess and alcohol fermentation process.Variety of cellulose pretreatment process are present ed, and their technical characteristics are analysized. The status of cellulose ethanol produc tion in recent years was summarized.Keywords：cellulose; ethanol; pretreatment process;hydrolysis纤维素乙醇工艺是以纤维素为原料采用生物化学或热化学转化技术生产燃料乙的工艺。
常用的纤维素原料有农业废弃物（如棉花秸秆、稻草、高粱秸秆、木薯秸秆、麦秆或玉米秸秆等）、工业废弃物（如木薯淀粉、糠醛渣、木薯乙醇废渣）以及城市垃圾（如含纤维素成分的废纸）等。
我国是农业大国，每年都有大量的生物质废弃物，这些资源未能得到充分利用，并且由于农业秸秆的焚烧会造成大气污染、温室效应等一系列问题；另一方面，我国石油资源有限，工业和运输业对燃料油的需求也在不断增加。
纤维素乙醇研究开发进展_胡徐腾
2011年第30卷第1期 CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS·137·化 工 进 展纤维素乙醇研究开发进展胡 徐 腾（中国石油天然气股份有限公司石油化工研究院，北京100195）摘 要：纤维素乙醇是当今的研究热点，具有广阔的发展前景，将成为未来最重要的可再生能源之一。
本文介绍了纤维素乙醇的研发概况，综述了国内外研究开发历程与最新进展，分析了目前纤维素乙醇燃料产业化存在的困难和问题，指出了当前和今后的研发方向。
关键词：纤维素；乙醇；生物燃料；进展中图分类号：TQ 351 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2011）01–0137–07Progress of cellulose ethanol research & developmentHU Xuteng（PetroChina Petrochemical Research Institute ，Beijing 100195, China )Abstract : Cellulose ethanol has become a priority of research with a bright future. It may become one of the most important renewable energy sources in the future. Cellulose ethanol research & development is reviewed, and the development history and the latest worldwide progress of cellulose ethanol research & development are summarized. The difficulties and problems in current cellulose ethanol commercialization are analyzed. The directions of research & development are presented. Key words ：cellulose ；ethanol ；biofuel ；progress近年来，随着全球经济快速增长，尤其是亚洲国家新兴经济体的出现，原油消耗量大幅增加，原油价格持续走高，能源供应及安全问题已成为世界各国需要面对的最主要问题之一。
纤维质原料生产燃料乙醇的研究进展[R]
![纤维质原料生产燃料乙醇的研究进展[R]](https://img.taocdn.com/s3/m/9240ed9502768e9950e73836.png)
纤维质原料生产燃料乙醇的研究进展自1910年Heinerch等利用木材酸水解生产乙醇以来，木质纤维素制备乙醇的研究经历了100连年的进展。
初期生产纤维乙醇的方式是利用化学物质把原料中的纤维素水解为单糖，然后将单糖发酵成为乙醇，并在美国和前苏联建有工厂。
该工艺的原料价钱尽管廉价，但生产本钱却很高，随着石油的大量开采、以淀粉质和糖质原料发酵生产乙醇的大量生产，这种工厂多数关闭，只有前苏联还有必然程度的应用。
我国黑龙江省伊春市的南岔木材水解厂是20世纪60年代引进前苏联设备建成的，80年代末又引进该国设备与技术进行改造，以木屑为原料，年产酒精3000，以后因缺乏原料等缘故此停产。
在20世纪石油危机后，通过科学论证分析，西方国家又开始重视纤维素生产乙醇技术，这是因为生物质液体燃料的燃料特性和应用方式与化石液体燃料有许多一起点，便于纳入现有的交通液体燃料体系。
我国在“十五”期间已将纤维乙醇研究工作提上日程，并在国家“863”打算中作为研究课题进行重点攻关。
另外，国内的一些相关企业也在进行这方面的研究工作，诸如河南天冠、安徽丰原和河北唐山的太博尔等。
目前，许多国家尽管建造了纤维质原料的燃料乙醇示范性工厂，但其产业化仍存在三大技术瓶颈，一是秸秆等木质纤维素类原料降解产生的木糖难以发酵生成乙醇，二是纤维素酶生产本钱偏高，三是原料要进行复杂的预处置。
当前随着国际石油价钱的持续走高及世界各国对能源需求的增加，使乙醇燃料比汽油更具本钱优势，因此对利用纤维质原料生产乙醇工艺的研究和开发成为目前国内外寄与厚望的重点课题。
如何开发高效廉价的纤维质原料预处置技术、选育诱变产酶活高的纤维素酶生产菌株、构建能同化五碳糖的菌株和实现相对高浓度醪液发酵等是降低纤维乙醇本钱的关键。
1国外纤维乙醇的研究与应用现状。
纤维乙醇的生产包括酸水解和酶水解两种工艺。
酸水解生产工艺最具代表性的是前苏联的持续渗滤水解流程、美国Vulcan化工公司与加拿大的Stake公司联合研制的Vulcan-Stake流程。
木质纤维素为原料的燃料乙醇发酵技术研究进展
木质纤维素为原料的燃料乙醇发酵技术研究进展一、本文概述随着全球能源危机和环境污染问题的日益严重，可再生能源的开发与利用已成为研究的热点。
木质纤维素作为一种广泛存在的可再生生物质资源，具有储量丰富、价格低廉、可再生等优点，因此在生物燃料领域，特别是在燃料乙醇的生产中，其潜在的应用价值日益受到关注。
本文旨在对以木质纤维素为原料的燃料乙醇发酵技术的研究进展进行全面的综述和分析。
本文首先介绍了木质纤维素的组成、性质及其作为燃料乙醇原料的优势，阐述了木质纤维素在燃料乙醇生产中的重要地位。
随后，重点回顾了近年来在木质纤维素预处理、酶解糖化、酵母菌发酵以及后续分离提纯等关键技术环节的研究进展，分析了各种技术的优缺点以及适用条件。
本文还讨论了当前研究中存在的问题和挑战，如木质纤维素的复杂结构导致的预处理难题、酶解效率低、酵母菌对木质素和半纤维素的耐受性差等问题，并提出了相应的解决策略和发展方向。
本文展望了木质纤维素为原料的燃料乙醇发酵技术的未来发展前景，认为通过持续的技术创新和优化，以及产业链上下游的协同合作，有望实现木质纤维素基燃料乙醇的高效、绿色、可持续生产，为可再生能源的发展做出重要贡献。
二、木质纤维素的结构与性质木质纤维素，作为自然界中最丰富的可再生有机资源，是植物细胞壁的主要成分，由纤维素、半纤维素和木质素三种主要组分构成。
这种复杂的天然高分子化合物具有独特的三维网络结构，赋予了其优良的生物降解性和生物相容性。
纤维素是由β-1,4-糖苷键连接的葡萄糖分子线性链构成，具有较高的结晶度和较强的分子间氢键，因此具有较好的化学稳定性和生物惰性。
半纤维素则是由不同种类的单糖构成的支链聚合物，结构多样且无定形，相较于纤维素，其更易于被微生物降解。
木质素则是一种复杂的酚类聚合物，主要存在于细胞壁中，起着增强植物细胞壁硬度的作用，其结构中含有大量的酚羟基和甲氧基，赋予其良好的化学稳定性和生物抗性。
在燃料乙醇的发酵过程中，木质纤维素的这三种组分各有其重要作用。
高效酶解纤维素生产生物乙醇
高效酶解纤维素生产生物乙醇一、纤维素资源概述与生物乙醇的意义纤维素是地球上最为丰富的有机物质之一，广泛存在于植物细胞壁中，如木材、农作物秸秆、草类等。
这些纤维素资源具有可再生性，若能有效利用，将为解决全球能源危机提供可持续的途径。
生物乙醇作为一种重要的生物燃料，相较于传统化石燃料，具有显著的环境优势。
其燃烧过程中释放的二氧化碳量相对较少，可在一定程度上缓解温室气体排放带来的气候变化问题。
同时，生物乙醇的使用能够减少对石油等不可再生资源的依赖，增强能源供应的安全性与稳定性。
在交通领域，生物乙醇可以与汽油混合使用，提高汽油的辛烷值，减少发动机爆震现象，并且能够降低尾气中有害污染物的排放，如一氧化碳、碳氢化合物等，对改善空气质量具有积极作用。
因此，将纤维素高效转化为生物乙醇具有极其重要的意义与环境价值，成为当前生物能源领域研究的热点方向之一。
二、酶解纤维素的原理与关键酶类酶解纤维素是一个复杂的生物化学过程，主要依靠特定的纤维素酶来实现。
纤维素酶是一类复合酶系，主要包含内切葡聚糖酶（EG）、外切葡聚糖酶（CBH）和β-葡萄糖苷酶（BG）三种关键酶类。
内切葡聚糖酶能够随机水解纤维素分子内部的β-1,4-糖苷键，使纤维素长链断裂成较短的纤维素片段，增加纤维素分子的可及性。
外切葡聚糖酶则从纤维素链的非还原端或还原端依次水解β-1,4-糖苷键，释放出纤维二糖等二糖分子。
而β-葡萄糖苷酶的主要作用是将纤维二糖进一步水解为葡萄糖单体，葡萄糖则是后续发酵生产生物乙醇的直接原料。
这三种酶相互协同作用，共同完成纤维素到葡萄糖的转化过程。
然而，在自然状态下，纤维素的结晶结构以及木质素等物质的存在会对纤维素酶的作用产生阻碍，使得酶解效率相对较低。
纤维素的结晶区域结构紧密，纤维素酶难以接近并作用于内部的糖苷键，从而限制了酶解反应的速率。
木质素作为一种芳香族聚合物，包裹在纤维素周围，不仅物理上阻碍了纤维素酶与纤维素的接触，还可能与纤维素酶发生非特异性吸附，降低酶的有效浓度，进一步影响酶解效率。
纤维类物质生产乙醇的研究进展
２ １ 第 ３期 ０ １年
聂
恒 等 ： 维 类 物 质 生 产 乙醇 的 研 究进 展 纤
・２ ・ ９
新 的清 洁燃 料 发 展 路 线 图 ， 出今 后 将 在 植 物纤 提 维原 料水 解 生 产 乙 醇 替 代 汽 油 方 面 下 大 力 气 ＿ 。 ８ Ｊ 美 国能 源 部 还 制 定计 划 ， 望 通 过对 酵母 菌 的基 希
可再 生原 材料 。 三是 有利 于环境 改善 。燃 料 乙醇 既 是 一种 清 洁能源， 又是 一 种 良好 的 汽油 增 氧 剂 和辛 烷 值 调 和组 分 ， 以代 替 四 乙基 铅 和 甲基 叔 丁 基 醚 （ — 用 ＭＴ Ｂ 或 乙基叔 丁基 醚 （ Ｔ Ｅ） 乙醇调 入 汽 油对 降 Ｅ） ＥＢ ，
低 汽 车尾 气 中的 一 氧化 碳 含 量 很有 效 ， 到净 化 起
空气 和保 护环 境 的效 果 。 １ ２ 燃料 乙醇 的 国 内外 发展现 状 ．
在燃 料 乙醇 的生 产研 发 方 面 ， 美 和 巴西 走 北
而 且不 久将会 实现 工业 化 。
在前 列 ， 而且 在未来 ２ 仍然 保 持 着大 规 模燃 料 ０年 乙醇生产 的竞 争力 。
展 新 型 的可 再 生 原 料 和 能 源 已成 为 全 球 的共 识 。
种优 良 的燃 油 品 质改 善 剂 被 广泛 使 用 ， 为 一 种 作
新型的， 可再 生 清 洁 能 源而 越 来 越 受 到世 人 的重 视 Ｊ 。全世 界积 极 推 广使 用燃 料 乙醇 主 要 有 以
下三 个重 要意 义 ：
是 可缓解 石油 紧缺 矛盾 。
二是非 粮纤 维物 质代 替粮 食 生产 乙醇 可有 效 解决 世界粮 食 危机 。 目前 粮食 危 机是 世 界 三大 问 题之 一 。非粮纤 维类 物质 既不 与 人争 粮 又来 源 丰 富， 品种 多 ， 生 时 间 短 ， 生 产 乙醇 无 可 挑 剔 的 再 是
纤维素发酵制酒精研究进展
吉林化工学院生物与食品工程学院文献综述以纤维素为原料生产燃料乙醇学生学号：********学生姓名：***专业班级：生物技术1101指导教师：***吉林化工学院Jilin Institute of Chemical Technology摘要：介绍了纤维素的基本特征，重点阐述了纤维素发酵生产酒精工艺中的发酵工艺的技术特点，综述了美国、加拿大、日本、瑞典、巴西、中国在利用纤维素原料生产乙醇方面的发展现状，并且对纤维素发酵生产酒精的前景进行了展望。
关键词：纤维素；酒精；水解；发酵1引言酒精被誉为可再生绿色能源燃料，由于其燃烧污染小、容易运输和贮藏，在价格上酒精也可与汽油相竞争。
因此，酒精成为最有可能取代石油的新能源，具有巨大的开发前景[1]。
目前生产燃料酒精是以玉米为原料，但原料成本占总成本的70％～80％。
纤维素是地球上最丰富、最廉价可再生资源。
据资料表明，植物通过光合作用使光能以生物能形式固定下来，其生成量每年高达50×109t干物质，这些能量相当于目前为止世界能耗总量的10倍，且这些生物能年复一年通过自然界物质循环生成，是永远不会枯竭可再生资源。
它们主要来源于农业废弃物，如麦草、玉米秸秆、甘蔗渣等；工业废弃物，如制浆和造纸厂的纤维渣、锯末等；林业废弃物；城市废弃物，如废纸、包装纸等。
这些资源中有大部分是以纤维素、半纤维素形式存在，因此研究开发纤维素转化技术，将秸秆、蔗渣、废纸、垃圾纤维等纤维素类物质高效转化为糖，进一步发酵成酒精，对开发新能源，保护环境，具有非常重要现实意义[2～4]。
2 国内外研究现状2.1 国内研究现状中国科学院早在1980年就在广州召开了“全国纤维素化学学术会议”，把开发利用纤维素资源作为动力燃料提上了议事日程。
我国在“十五”规划中制定了发展燃料乙醇的规划，规划中分三步走，其中的第三步就是利用植物秸秆、稻壳等纤维素生产燃料乙醇，并全面推广。
《变性燃料乙醇及车用乙醇汽油“十一五”发展专项规划》专门对代表燃料乙醇发展方向的纤维素燃料乙醇技术做出规划，“十一五”期间要投入几十亿元财政资金扶持纤维素乙醇工业化生产的发展，并在税费方面实行减免。
木质纤维素乙醇的研究进展
木质纤维素乙醇的研究进展摘要：综述了近年来国内外纤维素乙醇产业化的发展现状，分析了纤维素乙醇产业化亟待解决的关键技术，并提出了纤维素乙醇产业化的发展对策。
关键词：木质纤维素；乙醇；工业化；研究进展随着化石能源的渐趋枯竭，粮食危机的不断出现，能源需求不断加大和油价持续上升等因素的影响，人们越来越认识到寻求清洁、可再生能源的迫切性。
因此，越来越多的国家已将生物质能源产业作为一项重大的国家战略推进，纷纷投入巨资进行生物质能源的研发。
20世纪70年代石油危机以来，一些国家开始尝试利用生物质资源生产液体燃料。
其中由木质纤维素生产的燃料乙醇以其可再生性、无污染性和提高汽车的防爆性能等特点而被公认为是最有工业应用前景的可再生能源之一，得到了广泛的研究。
1国内外纤维素乙醇产业化发展现状1.1国外纤维素乙醇产业化发展现状1.1.1美国纤维质乙醇产业化发展现状美国在将纤维质转化为燃料酒精的研究、生产和应用方面走在了世界的前列。
1998年10月第一家商业性转化纤维质为酒精的工厂由BC International在路易斯安那Jennings开始破土动工，该厂以蔗渣和稻壳为原料，年产酒精20x106加仑，先进技术的应用使生产燃料乙醇的成本降低了2/3,约为每升0.24－0.34美元。
除此之外，加利福尼亚和纽约用城市垃圾生产酒精的建厂计划亦在进行中。
1.1.2加拿大纤维质乙醇产业化发展现状加拿大纤维质燃料乙醇工业一直处于领先地位。
Iogen是一家生物技术公司，主要开发纤维素酶技术，在2004年开设了一家投资约4千万美元的纤维素乙醇厂，是首家纤维质乙醇工业化公司，处于世界领先地位。
使用原料为麦秸等其他农作物废弃物，采用的技术是用稀酸结合蒸汽气爆预处理半纤维素，每周处理能力25t麦秸，年产32万升乙醇。
该公司准备在加拿大或美国爱达荷州建设一个耗资 3.50亿美元的工厂。
加拿大SunOpta公司采用稻草、玉米秸秆、草、树片、甘蔗渣等为原料生产各种生物转化产品，如纤维质乙醇、纤维质丁醇、木糖醇和膳食纤维等。
纤维素乙醇的研究进展
纤维素乙醇的研究进展燃料乙醇作为可再生的生物能源之一，其发展前景是十分广阔的。
然而，纵观世界各国燃料乙醇发展的历程和现状，可以看出燃料乙醇生产过程的经济性始终是突出问题，其生产成本一直难以同成品油的价格相竞争，其中原料成本和能耗成本占燃料乙醇生产总成本的比例高达90%。
因此使用木质纤维素类物质作为燃料乙醇的生产原料，逐步替代日益减少的石油资源，是各国政府的战略发展目标[77]。
国内外纤维素乙醇的进展早在20世纪70年代的第一次石油危机时，美国就开始了用秸秆等木质纤维素类物质生产乙醇的研究。
在政府大力倡导下，酒精燃料在美国燃料市场上份额已达8%。
第一家商业性转化纤维质为酒精工厂1998年l0月由B C International在路易斯安那Jennings破土动工，该厂以蔗渣和稻壳为原料，年产酒精20×106加仑。
2006年1月，布什总统提出“先进能源计划”，为美国能源部的清洁能源研究增加22%的投入。
因此2007年2月28日美国能源部部长宣布：在今后4年中，能源部将投资3．85亿美元，用于支持包括上述两家加拿大和西班牙公司在内的6个非传统原料(木片、秸秆、柳枝稷等)生物精炼化工厂项目[77]。
在巴西在生产纤维素乙醇方面也走在了世界前列，政府一方面制定政策限制石油消费，一方面开辟大量土地种植糖蔗，利用榨汁后蔗渣发酵生产燃料酒精[78]。
在巴西，3/4新车既可以使用乙醇又可以使用汽油作燃料。
2003年巴西的双燃料汽车还只占市场总销量的6％，2005年就高达73％。
此外，加拿大艾欧基(Iogen)公司和西班牙的Abengoa生物能源公司都在积极尝试大规模工业化生产纤维素乙醇。
我国国内很早关注纤维素乙醇的生产研究，中国科学院早在1980年在广州召开“全国纤维素化学学术会议”，把开发利用纤维素资源作为动力燃料提到议事日程[79]。
进入“九五”、“十五”期间，秸秆转化乙醇技术再次受到国家重视。
华东理工大学能源化工系颜涌捷教授及其课题组开发的纤维素废弃物稀盐酸水解法制取乙醇技术，被列为国家863重点科研项目。
纤维素乙醇生产技术及产业化进展
纤维素乙醇生产技术及产业化进展摘要：近年来，随着粮食价格的不断上涨，土地资源日益紧张，以粮食为原料的生物液体燃料技术发展前景并不乐观。
木质纤维素是地球上最丰富的可再生资源，以其作为原料生产生物乙醇最具发展前景。
利用现代化生物技术手段开发以纤维素为原料的生物能源，已成为当今世界发达国家能源战略的重要内容，并在纤维素乙醇关键生产技术上取得了重要的进展，已建成或在建多套中试生产线及示范性工厂。
纤维类燃料乙醇发展正步入产业化初期阶段。
1原料预处理技术木质纤维素原料包括玉米秸秆、麦秆、高粱秸秆、稻草、木薯秸秆或棉花秸秆的农业废弃物；糠醛渣、木薯淀粉或木薯酒精的木薯渣的工业废弃物；废纸及含纤维素成分城市垃圾等。
由于半纤维素和木质素对纤维素的包裹作用及纤维素本身的结晶结构，木质纤维素中的纤维素成分很难直接被微生物利用转化为乙醇[3]，需要先进行预处理破坏纤维素的结晶结构，脱除木质素或半纤维素，增加纤维素酶的可及度，从而提高纤维素水解糖化的效率。
预处理技术方案对后续的酶解发酵、废水处理等过程有很大的影响，是实现纤维素原料资源利用最大化及清洁生产的关键技术。
近年来，人们对于酸碱预处理及水热预处理等方法进行了大量的研发工作。
1.1酸预处理纤维素原料的酸预处理技术是纤维素原料在酸性介质条件下水解其中的半纤维素，部分降解木质素，破坏纤维素原料内部半纤维素和木质素对纤维素包裹紧密的空间结构，增大纤维表面孔穴的体积，提高纤维素酶与纤维素的接触面积，从而提高纤维素的水解糖化效率，最常采用的酸是硫酸、盐酸等。
Lioyd[4]等采用0.98%的稀硫酸溶液，在温度140℃、停留时间40min条件下对玉米秸秆原料进行预处理，处理后的原料采用纤维素酶对纤维素进行水解，预处理过程及酶水解过程的总糖收率高达93%。
1.2碱预处理纤维素原料的碱预处理技术是纤维素原料在碱性介质条件下，溶胀纤维素原料，皂化木质素和半纤维素之间的醚键，溶出木质素，破坏细胞壁的三维网状结构，降低纤维素的结晶度，从而提高纤维素酶的可及度和生物质的水解糖化效率，过程不产生糠醛等发酵抑制物，预处理液需要大量的酸进行中和，最常用的碱有NaOH、Ca(OH)2等。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
纤维素乙醇的研究进展
燃料乙醇作为可再生的生物能源之一，其发展前景是十分广阔的。
然而，纵观世界各国燃料乙醇发展的历程和现状，可以看出燃料乙醇生产过程的经济性始终是突出问题，其生产成本一直难以同成品油的价格相竞争，其中原料成本和能耗成本占燃料乙醇生产总成本的比例高达90%。
因此使用木质纤维素类物质作为燃料乙醇的生产原料，逐步替代日益减少的石油资源，是各国政府的战略发展目标[77]。
国内外纤维素乙醇的进展
早在20世纪70年代的第一次石油危机时，美国就开始了用秸秆等木质纤维素类物质生产乙醇的研究。
在政府大力倡导下，酒精燃料在美国燃料市场上份额已达8%。
第一家商业性转化纤维质为酒精工厂1998年l0月由B C International在路易斯安那Jennings破土动工，该厂以蔗渣和稻壳为原料，年产酒精20×106加仑。
2006年1月，布什总统提出“先进能源计划”，为美国能源部的清洁能源研究增加22%的投入。
因此2007年2月28日美国能源部部长宣布：在今后4年中，能源部将投资3．85亿美元，用于支持包括上述两家加拿大和西班牙公司在内的6个非传统原料(木片、秸秆、柳枝稷等)生物精炼化工厂项目[77]。
在巴西在生产纤维素乙醇方面也走在了世界前列，政府一方面制定政策限制石油消费，一方面开辟大量土地种植糖蔗，利用榨汁后蔗渣发酵生产燃料酒精[78]。
在巴西，3/4新车既可以使用乙醇又可以使用汽油作燃料。
2003年巴西的双燃料汽车还只占市场总销量的6％，2005年就高达73％。
此外，加拿大艾欧基(Iogen)公司和西班牙的Abengoa生物能源公司都在积极尝试大规模工业化生产纤维素乙醇。
我国国内很早关注纤维素乙醇的生产研究，中国科学院早在1980年在广州召开“全国纤维素化学学术会议”，把开发利用纤维素资源作为动力燃料提到议事日程[79]。
进入“九五”、“十五”期间，秸秆转化乙醇技术再次受到国家重视。
华东理工大学能源化工系颜涌捷教授及其课题组开发的纤维素废弃物稀盐酸水解法制取乙醇技术，被列为国家863重点科研项目。
进行了该技术项目的工业性试验，现已在上海郊区集贤建成了年产燃料乙醇600t的实验装置。
中国科学院过程工程研究所已在山东泽生生物科技有限公司建立了年产3000t秸秆酶解发酵燃料乙醇产业化示范工程。
河南天冠集团用秸秆生产乙醇的年产300t乙醇的中试
生产线已建成投产。
由于国内在酶生产技术、戊糖发酵菌株构建等方面还没有取得根本性突破，所以整体说生产技术尚未完全成熟。
1.4.2纤维素乙醇的生产工艺
(1) 纤维素乙醇的生产技术概述
从木质纤维素出发生产燃料乙醇，首先必须将生物大分子降解为能够被酵母或细菌代谢合成乙醇的小分子糖类物质。
目前工业上使用的流程如下：
图1.2 纤维素乙醇的生产流程
Fig.1.2 Flow chart of cellulosic ethanol production
(2) 原料预处理
天然纤维素材料的结构性质非常复杂，主要是纤维素的高度结晶性和木质化，阻碍了酶与纤维素的接触，使其难以直接被生物降解。
对大多数天然纤维素材料来说，直接进行酶促水解，酶解率一般都非常低(<20%)[80]，因此必须对原料进行适当预处理。
① 物理和化学方法
常用的方法有：辐射处理、粉碎、高压热水、有机溶剂、稀酸、低温浓酸、酸催化的蒸气水解、蒸汽爆碎、液氨爆碎、碱水解及使用非离子表面活性剂等。
已报道的有匈牙利Varga 等采用湿氧化法玉米秸秆进行预处理，其中60% 半纤维素、30%木质素被溶解，90%纤维素呈固态分离出来，纤维素酶解转化率达85%左右[81]。
Philip 等人研究指出，液氨预处理能改善纤维素碱化、羧甲基化和酶降解反应活性，效果显著，但成本相对较高[82]。
国内的。
李步海等用蒸汽预处理蔗渣，可使其酶解率提高4倍之多[83].
② 生物法
目前多停留在实验阶段，主要利用降解木质素微生物有白腐菌、褐腐菌、软腐菌等真菌。
从成本和设备角度出发，生物法预处理显示独特优势，可用专一性木质酶处理原料，分解木质素和提高木质素消化率。
(3) 纤维素水解糖化
①酸水解技术
在酸水解工艺中，可以使用盐酸或硫酸，按照使用酸的浓度不同可以进一步分为浓酸水解和稀酸水解。
由于酸对生产设备的腐蚀作用，特别是高温条件下稀酸的强烈腐蚀作用，酸水解反应器不得不采用价格昂贵的贵金属合金或非金属材料制造，使得木质纤维素的酸水解技术难以适应燃料乙醇生产规模大、产品附加值低的特点。
同时，水解所生成糖还有可能发生进一步分解或聚合反应，水解同时还会产生一些抑制生物生长副产物，给后续酒精发酵带来困难。
②酶水解技术
纤维素的酶降解技术以其反应条件温和的突出特点为大规模开发利用木质纤维素资源开辟了一条全新的途径，尽管在目前条件下，纤维素酶的价格相对于燃料乙醇生产来说还十分昂贵，吨燃料乙醇生产纤维素酶的成本高达一百美元以上，但是我们相信，随着现代生物技术的发展，特别是通过基因工程技术构建纤维素酶表达量高的工程菌株，在蛋白质工程和功能基因组学原理基础上，对纤维素酶分子进行理性设计以提高其催化活性，木质纤维素的酶解技术应用于大规模燃料乙醇生产不会遥远，在美国政府能源部资助下，杰能科(Genencor)公司目前正在研究开发燃料乙醇生产用纤维素酶，并预期到2005年，将燃料乙醇生产用纤维素酶的成本降低到目前的十分之一。
(4) 纤维素乙醇发酵工艺
纤维素发酵生产酒精，主要有以下几种工艺：
①水解发酵二段法（SHF）
将纤维素先用纤维素酶糖化，再经酵母发酵成酒精的方法，即水解发酵二段法。
这种方法可以分别使用水解和发酵各自的最适条件，但是酶水解产生的产物(纤维二糖和葡萄糖)会反馈抑制水解反应。
为了克服水解产物的抑制，必须不断将其从发酵罐中移出。
采取方法有：减压发酵法、快速发酵法。
②同步糖化发酵(SSF)
在加入纤维素酶的同时接种酒精发酵的酵母，可使生成的葡萄糖立即被酵母发酵成酒精；酶水解产物葡萄糖由菌体不断发酵而被利用，消除葡萄糖因浓度高对纤维素酶反馈抑制，酒精得率可明显提高。
这就是所谓的同步糖化发酵技术。
（如图）。
该工艺可以提高生产效率，降低成本，但是由于糖化和发酵温度不协调，成为了制约该工艺的一个因素。
目前的解决策略是采用耐高温酵母（如假化酵母、克劳林比酵母）发酵产酒精。
半纤维素
水解糖
图1.3 木质纤维素的同步水解与发酵工艺流程
Fig.1.3 Flow chart of ethanol SSF from lignocellulosic biomass
③固定化细胞发酵法
固定化细胞发酵具有能使发酵器内细胞浓度提高，细胞可连续使用，使最终发酵液酒精浓度得以提高。