木质纤维素转化燃料乙醇研究现状与前景_下_
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一般的废弃纤维水解液都是葡萄糖、木糖、 阿拉伯糖等单糖和寡糖混合物。例如热纤梭菌 (Clostridium thermocellum)能分解纤维素，但 乙醇产率较低(50％)，热硫化氢梭菌(Clostri-
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陈秀萍等：木质纤维素转化燃料乙醇研究现状与前景(下)
dium thermohydrosulphaircum) 不 能 利 用 纤 维 素，但乙醇产率相当高，进行混菌发酵，达到优 势互补的目的。
该工艺特点是碳水化合物糖化后的糖液第一 步发酵乳酸，第二步发酵醋酸，第三步醋酸与乙 醇酯化为乙酸乙酯，第四步乙酸乙酯水解获得双 倍乙醇。碳水化合物转化乙醇的过程中没有酵母 发酵放去 1：1 的 CO2 和能量因而其产率比用酵母 发酵能高出 65％，乙醇能量净值（NEV）能显著 地高于酵母发酵体系，又提高副产品单细胞蛋白 的数量和价值，相应的产品成本比酵母工艺低 15 ％～50％。由澳大利亚糖业研究所(SRI)、昆士兰 州发展部、澳农业部渔业部等提供总值 73.5 万美 元用于该项目，由 SRI 执行[32]。 2.5 混合菌种发酵
美政府资助 Novozyme 和 Genecor 两家酶制 剂公司 1700 万美元开展纤维素酶的研究。经过近 三年的研究试验，利用生物信息、直接进化等生 物技术增强了酶的活性并降低了生产成本。当前 纤维素酶的生产成本已比当初降低了 12 倍，生产 1 gal.(3.785 L)燃料级乙醇所需纤维素酶的成本 已从最初超过 5 美元大幅减少至目前的小于 50 美 分。目标是在未来两年中把生产 1 gal.(3.785 L) 燃料级乙醇所需纤维素酶的成本降低至 10 美分。 到那个时候纤维素酶将不再成为制约燃料乙醇商 业化运行的因素。 3.3 多重抗性酒精酵母的选育
Ohta 曾报道了将含有 PET 操纵子的 pLOI555 质粒引入到产酸克雷伯氏菌 M5A1 菌株[41]，并进一 步整合到染色体得到菌株 P2。该菌株不但能以单 糖为碳源发酵，还能代谢包括纤维二糖和纤维三 糖在内的糖[42-43]。韦宇拓等以基因组 DNA 为模板
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甘蔗糖业 2008 年第 6 期 Sugarcane and Canesugar
葡萄糖和木糖共发酵面临的主要问题有三个: 其一为木糖发酵菌对环境及酒精的耐受力不如葡 萄糖发酵菌 , [23-24] 无形中限制了后者发酵性能的 充分发挥;其二为葡萄糖对木糖代谢的阻遏,导致 木糖发酵滞后;其三为两种菌对氧的需求不一样 [25],或者溶解氧将抑制某种菌的发酵。为解决这些 问题，研究者开展了许多工作。ZHANGWEN WU 等[26] (1998 年 )提 出 了 利 用 非 等 温 同 时 糖 化 发 酵 法 (NSSF)生产乙醇的工艺流程。利用 NSSF 法很好地 解决了纤维素酶糖化与酵母发酵两个过程中温度 不协调的矛盾。杨斌等[27](1997 年)针对多碳源发 酵乙醇的菌株不多、工艺及设备满足代谢上有一 定困难，碳源利用率低，酒精产率低等问题，提 出了采用气升柱发酵木糖和溢流柱发酵葡萄糖的 串联发酵工艺。串联发酵是首先经 P. stipitis 酵母的限氧发酵后，再经 S.cerevisiae 的厌氧过 程而结束。 2.3 固态发酵
根据需要考虑不同的参数，生物加工纤维素 酶工程面临各种挑战。酶的改进开发不仅仅需要 让传统的酶得到改善，如稳定性、产量以及比活 度等，而且还需要它们在预处理产生的环境中依 然有效。而原料自身的理化性质，也影响了需要 酶解的那些键以及键的数量。另外不同预处理过
程以特殊的方法对生物原料进行水解前的预处 理，结果所得物料有不同的成分。因此，用于降 解这些成分的酶必须使之满足预处理过程的特殊 成分的要求。除了纤维素的结晶度和聚合度以外， 半纤维素酶的脱乙酰作用和水解作用也影响到酶 的需求。例如，β－1，4 糖苷键在底物表面较高 的可及性改善了内外葡聚糖酶的作用率，而较低 的聚合度有利于高的外对内的葡聚糖酶的比率。 高木质素含量会阻遏酶的可及性，而且会非生产 性的吸附酶制剂并促成最终产品中的抑制物出 现、减少了纤维素的转化率和产量。除了木质素 之外，纤维二糖和葡萄糖同样是纤维素的强抑制 剂。此外，发酵的参数如 pH 温度、纤维二糖和戊 糖的利用等都会影响每一次原料处理过程的酶系 统的优化。
甘蔗糖业 2008 年第 6 期 Sugarcane and Canesugar 2008 年 12 月
木质纤维素转化燃料乙醇研究现状与前景(下)
陈秀萍 1 谢文化 1 梁 磊 2
（1 广州甘蔗糖业研究所 广东省甘蔗改良与生物炼制重点实验室，广州 510316；2 华南理工大学生物科学与工程学 院，广州 510640）
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，使最终发酵液乙醇浓度 得以提高。研究最多的是酵母和运动发酵单孢菌 的固定化。常用的载体有海藻酸钠、卡拉胶、多 孔玻璃等。研究结果表明，固定化运动发酵单孢 菌比酵母更具优越性。最近有将微生物固定在汽 液界面上进行发酵的研究报道，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 固定细胞发酵，如酵母与纤维二糖酶一起固定化， 将纤维二糖基质转化成乙醇，此法引人注目，被 看作是纤维素生产乙醇的重要阶段。另一种新的 固定化方法是利用絮凝酵母自身的凝聚力形成稳 定的无载体酵母絮凝颗粒,这种方法与普通固定 化方法相比较，具有方法简单、无附加费用、不 易染菌等优点。 2.7 发酵分离耦合工艺
Baidu Nhomakorabea
2 纤维素发酵生产乙醇工艺研究
2.1 直接发酵法 本方法的特点是基于纤维分解细菌直接发酵
纤维素生产乙醇，不需要经过酸解或酶解的前处 理过程。吕福英[22]等分离出能直接发酵纤维素生 产乙醇的高纯富集物，利用此富集物能直接将木 质纤维素材料发酵成乙醇。该工艺方法设备简单， 发酵周期短，成本低廉；但乙醇产率不高，产生 有机酸等副产物。 2.2 间接发酵法
许多学者对乙醇的发酵分离耦合过程进行了
研究，提出了多种乙醇发酵与分离耦合工艺，如 乙醇发酵与吸附的耦合过程 、 [34] 乙醇发酵与萃取 的耦合过程[35]、真空发酵过程、渗透汽化一细胞 循环发酵过程[36]、中空纤维膜一细胞固定发酵、 超滤一细胞循环发酵[37] 、膜蒸馏—乙醇发酵过程 等 [38] 。Hwai-Shen Liu 和 Haien-wen Hsu[39]在理 论上对乙醇气提发酵进行了较为详细的研究。对 GSEF 过程进行了数学模型的模拟，提出了气提因 子为综合载气量、发酵温度、反应器有效体积、 发酵液性质等因素。由于 CO2 从系统中溢出过程 会从系统中带走乙醇和一定的热量，从而减少产 物对发酵过程的抑制作用。
克隆得到运动发酵单胞菌( Zymomonas mobilis) 乙 醇 脱 氢 酶 (alcohol dehydrogenase Ⅱ ) 基 因 adhB，连接到表达载体 pSE380 上，得到重组质粒 pSE2adhB。将此重组质粒转化到大肠杆菌菌株 DH5 α中,重组菌株经 IPTG 诱导后，在乙醛指示平板 检测到乙醇脱氢酶活性。鲍晓明等[44]采用 PCR 技 术克隆 Clostridium thermohydrosul furicum 木 糖异构酶基因 xylA，成功转移至酿酒酵母 H158 受体菌中，得到重组酵母转化子 H612，实现了在 酿酒酵母得到木糖异构酶的活性表达，为进一步 在酿酒酵母中建立新的木糖代谢途径打下了基 础。汪天虹[45]等采用双载体系统，将携带有瑞氏 木霉木糖脱氢酶基因的表达质粒 pAJ401-xdhl 转 化成已带有树干毕赤氏酵母木糖还原酶基因的重 组酿酒酵母 H475，构建了同时带有毕赤氏酵母木 糖还原酶基因和瑞氏木霉木糖醇脱氢酶基因的重 组酿酒酵母 HXl。石贵阳等[46]将来源于粟酒裂殖 酵母的а-半乳糖苷酶基因 mel 整合到工业酿酒 酵母染色体的甘油合成途径关键酶基因 GPD1 中， 重组子 S.cerevisiae MG1 利用蜜二糖的能力显著 提高,产甘油能力下降，生长时具自絮凝能力。 3.2 对产纤维素酶菌株的改良
3 菌种选育及改造
3.1 利用戊糖和己糖的基因工程菌的构建 以木质纤维素为原料生产乙醇,其关键之一
在于有能利用多种糖源高效生产乙醇、遗传性能 稳定、生产周期短的微生物菌种。传统的用于乙 醇发酵生产的微生物(酿酒酵母菌和运动发酵单 胞菌等) 都能很好地利用葡萄糖，且乙醇发酵效 率高,乙醇耐受力强，但均不能代谢五碳糖。而能 利用五碳糖的微生物(大肠杆菌和克雷伯氏菌等) 的乙醇生产能力都非常有限，副产物多。因此, 从 20 世纪 80 年代开始，人们便尝试利用基因工 程的手段改造现有的微生物,以期得到理想菌种。 到目前为止，以能利用五碳糖(主要是木糖)和六 碳糖生产乙醇为目标的基因工程菌种改造工作已 经取得了很大进展，获得了不少具有较好效果的 基因工程菌株[40]。当前研究的重点集中在运动发 酵单胞菌、大肠杆菌、酵母菌和克雷伯氏菌等菌 种的改造，构建出能高效利用五碳糖(木糖为主) 和六碳糖(葡萄糖为主)的工程菌。
Damma 将 Scerevisiae 与 Fusariumoxyporum 混合培养发酵甜高粱杆，其中 Fusariumoxyporum 可在好氧条件下产酶，然后酶水解高粱秆中的纤 维素和半纤维素得到可发酵性糖，最大酒精得率 与浓度分别为 5.2～8.4 g 酒精/100 g 新鲜高粱 秆和 3.5～4.9％(w/v)，超过基于高粱秆中可溶 性糖(主要为葡萄糖和蔗糖)的酒精理论得率 20.0 ％ ～ 32.1 ％ 。 Nedovic 将 呼 吸 缺 陷 型 的 S.cerevisiae 与 P.stipitis 混合培养连续发酵， 稀释率为 0.125u/h，酒精浓度为 13.5 g/L，酒精 得率为 0.25 g/g，体积生产率 1.6 g/L/h，底物 的转化率达 100％。涂璇等[33]研究了两种曲霉 (UF2 和 UA8) 二元混菌体系和两种曲霉与酵母菌 组成的三元混菌体系混合发酵对纤维素酶系三种 酶组分活性的影响。结果表明：两种霉菌按一定 比例接种进行混合发酵时三种纤维素酶组分的活 性较单菌发酵大幅度提高。 2.6 固定化细胞发酵
生物原料产酒精的最大潜力在于使用纤维素 酶对纤维素进行水解，尽管对纤维素酶的研究已 经开展了几十年，酶的成本依然很高。要进行生 物加工竞争，必须使目前的纤维素酶生产成本有 实质性的降低。纤维素酶的作用相对缓慢，这主 要是因为酶的作用复杂、不可溶及半晶质的性质。 此外，要获得最大的纤维素酶活力，需要多种相 关酶的组合，如葡萄糖内切酶、葡萄糖外切酶及 β－葡萄糖苷酶的协同作用以便把纤维素完全转 化为葡萄糖。
选育高产和对不利环境条件具有抗性的优良 菌株可以提高酒精的发酵产率和节约加工成本， 提高酒精产业的经济效益。优良的酒精酵母菌应 具备耐高温、耐高乙醇浓度、耐高渗透压、耐低 pH 以及糖醇转化能力强、发酵速度快等特征。目 前用来选育酵母菌种的技术主要包括：直接筛选、 驯化、杂交育种、诱变育种等传统方法以及以 DNA 重组技术和原生质体融合为代表的现代育种方 法。近年来，运用 DNA 重组技术和遗传工程等育 种新技术来改良菌株取得了重要进展。Takeshi Matsumoto 等[47]将含有人工合成的随机组合多肽
固态发酵技术以其特有的优点(如无“三废”
排放)引起人们极大的兴趣。近几年来国外竟相对 固态发酵的关键设备及反应动力学进行研究，使 固态发酵生产最优化。Hardin, Lkasari 等[6]对 固态发酵过程中影响微生物(包括真菌、细菌)生 长的重要因素如水分活度、pH 值、发酵时间以及 介质传热、菌体生物量测定等的动力学研究报道 并建立了较为完善的数学模型；D.A. Mitchell 等 对不 [28-29] 同类型的固态发酵反应器的传热传质 动力学、微生物生长动力学进行了深入的研究， 为固态发酵反应器结构设计的合理性提供了重要 依据；我国学者苏东海等 研究 [30-31] 了秸秆固态发 酵过程中生物量、CO2 的排放量(CPR)等关键过程 参数测定的方法以及底物湿度变化对生物量、纤 维素酶活和酒精产量的影响。 2.4 zea chem 工艺
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陈秀萍等：木质纤维素转化燃料乙醇研究现状与前景(下)
dium thermohydrosulphaircum) 不 能 利 用 纤 维 素，但乙醇产率相当高，进行混菌发酵，达到优 势互补的目的。
该工艺特点是碳水化合物糖化后的糖液第一 步发酵乳酸，第二步发酵醋酸，第三步醋酸与乙 醇酯化为乙酸乙酯，第四步乙酸乙酯水解获得双 倍乙醇。碳水化合物转化乙醇的过程中没有酵母 发酵放去 1：1 的 CO2 和能量因而其产率比用酵母 发酵能高出 65％，乙醇能量净值（NEV）能显著 地高于酵母发酵体系，又提高副产品单细胞蛋白 的数量和价值，相应的产品成本比酵母工艺低 15 ％～50％。由澳大利亚糖业研究所(SRI)、昆士兰 州发展部、澳农业部渔业部等提供总值 73.5 万美 元用于该项目，由 SRI 执行[32]。 2.5 混合菌种发酵
美政府资助 Novozyme 和 Genecor 两家酶制 剂公司 1700 万美元开展纤维素酶的研究。经过近 三年的研究试验，利用生物信息、直接进化等生 物技术增强了酶的活性并降低了生产成本。当前 纤维素酶的生产成本已比当初降低了 12 倍，生产 1 gal.(3.785 L)燃料级乙醇所需纤维素酶的成本 已从最初超过 5 美元大幅减少至目前的小于 50 美 分。目标是在未来两年中把生产 1 gal.(3.785 L) 燃料级乙醇所需纤维素酶的成本降低至 10 美分。 到那个时候纤维素酶将不再成为制约燃料乙醇商 业化运行的因素。 3.3 多重抗性酒精酵母的选育
Ohta 曾报道了将含有 PET 操纵子的 pLOI555 质粒引入到产酸克雷伯氏菌 M5A1 菌株[41]，并进一 步整合到染色体得到菌株 P2。该菌株不但能以单 糖为碳源发酵，还能代谢包括纤维二糖和纤维三 糖在内的糖[42-43]。韦宇拓等以基因组 DNA 为模板
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甘蔗糖业 2008 年第 6 期 Sugarcane and Canesugar
葡萄糖和木糖共发酵面临的主要问题有三个: 其一为木糖发酵菌对环境及酒精的耐受力不如葡 萄糖发酵菌 , [23-24] 无形中限制了后者发酵性能的 充分发挥;其二为葡萄糖对木糖代谢的阻遏,导致 木糖发酵滞后;其三为两种菌对氧的需求不一样 [25],或者溶解氧将抑制某种菌的发酵。为解决这些 问题，研究者开展了许多工作。ZHANGWEN WU 等[26] (1998 年 )提 出 了 利 用 非 等 温 同 时 糖 化 发 酵 法 (NSSF)生产乙醇的工艺流程。利用 NSSF 法很好地 解决了纤维素酶糖化与酵母发酵两个过程中温度 不协调的矛盾。杨斌等[27](1997 年)针对多碳源发 酵乙醇的菌株不多、工艺及设备满足代谢上有一 定困难，碳源利用率低，酒精产率低等问题，提 出了采用气升柱发酵木糖和溢流柱发酵葡萄糖的 串联发酵工艺。串联发酵是首先经 P. stipitis 酵母的限氧发酵后，再经 S.cerevisiae 的厌氧过 程而结束。 2.3 固态发酵
根据需要考虑不同的参数，生物加工纤维素 酶工程面临各种挑战。酶的改进开发不仅仅需要 让传统的酶得到改善，如稳定性、产量以及比活 度等，而且还需要它们在预处理产生的环境中依 然有效。而原料自身的理化性质，也影响了需要 酶解的那些键以及键的数量。另外不同预处理过
程以特殊的方法对生物原料进行水解前的预处 理，结果所得物料有不同的成分。因此，用于降 解这些成分的酶必须使之满足预处理过程的特殊 成分的要求。除了纤维素的结晶度和聚合度以外， 半纤维素酶的脱乙酰作用和水解作用也影响到酶 的需求。例如，β－1，4 糖苷键在底物表面较高 的可及性改善了内外葡聚糖酶的作用率，而较低 的聚合度有利于高的外对内的葡聚糖酶的比率。 高木质素含量会阻遏酶的可及性，而且会非生产 性的吸附酶制剂并促成最终产品中的抑制物出 现、减少了纤维素的转化率和产量。除了木质素 之外，纤维二糖和葡萄糖同样是纤维素的强抑制 剂。此外，发酵的参数如 pH 温度、纤维二糖和戊 糖的利用等都会影响每一次原料处理过程的酶系 统的优化。
甘蔗糖业 2008 年第 6 期 Sugarcane and Canesugar 2008 年 12 月
木质纤维素转化燃料乙醇研究现状与前景(下)
陈秀萍 1 谢文化 1 梁 磊 2
（1 广州甘蔗糖业研究所 广东省甘蔗改良与生物炼制重点实验室，广州 510316；2 华南理工大学生物科学与工程学 院，广州 510640）
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，使最终发酵液乙醇浓度 得以提高。研究最多的是酵母和运动发酵单孢菌 的固定化。常用的载体有海藻酸钠、卡拉胶、多 孔玻璃等。研究结果表明，固定化运动发酵单孢 菌比酵母更具优越性。最近有将微生物固定在汽 液界面上进行发酵的研究报道，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 固定细胞发酵，如酵母与纤维二糖酶一起固定化， 将纤维二糖基质转化成乙醇，此法引人注目，被 看作是纤维素生产乙醇的重要阶段。另一种新的 固定化方法是利用絮凝酵母自身的凝聚力形成稳 定的无载体酵母絮凝颗粒,这种方法与普通固定 化方法相比较，具有方法简单、无附加费用、不 易染菌等优点。 2.7 发酵分离耦合工艺
Baidu Nhomakorabea
2 纤维素发酵生产乙醇工艺研究
2.1 直接发酵法 本方法的特点是基于纤维分解细菌直接发酵
纤维素生产乙醇，不需要经过酸解或酶解的前处 理过程。吕福英[22]等分离出能直接发酵纤维素生 产乙醇的高纯富集物，利用此富集物能直接将木 质纤维素材料发酵成乙醇。该工艺方法设备简单， 发酵周期短，成本低廉；但乙醇产率不高，产生 有机酸等副产物。 2.2 间接发酵法
许多学者对乙醇的发酵分离耦合过程进行了
研究，提出了多种乙醇发酵与分离耦合工艺，如 乙醇发酵与吸附的耦合过程 、 [34] 乙醇发酵与萃取 的耦合过程[35]、真空发酵过程、渗透汽化一细胞 循环发酵过程[36]、中空纤维膜一细胞固定发酵、 超滤一细胞循环发酵[37] 、膜蒸馏—乙醇发酵过程 等 [38] 。Hwai-Shen Liu 和 Haien-wen Hsu[39]在理 论上对乙醇气提发酵进行了较为详细的研究。对 GSEF 过程进行了数学模型的模拟，提出了气提因 子为综合载气量、发酵温度、反应器有效体积、 发酵液性质等因素。由于 CO2 从系统中溢出过程 会从系统中带走乙醇和一定的热量，从而减少产 物对发酵过程的抑制作用。
克隆得到运动发酵单胞菌( Zymomonas mobilis) 乙 醇 脱 氢 酶 (alcohol dehydrogenase Ⅱ ) 基 因 adhB，连接到表达载体 pSE380 上，得到重组质粒 pSE2adhB。将此重组质粒转化到大肠杆菌菌株 DH5 α中,重组菌株经 IPTG 诱导后，在乙醛指示平板 检测到乙醇脱氢酶活性。鲍晓明等[44]采用 PCR 技 术克隆 Clostridium thermohydrosul furicum 木 糖异构酶基因 xylA，成功转移至酿酒酵母 H158 受体菌中，得到重组酵母转化子 H612，实现了在 酿酒酵母得到木糖异构酶的活性表达，为进一步 在酿酒酵母中建立新的木糖代谢途径打下了基 础。汪天虹[45]等采用双载体系统，将携带有瑞氏 木霉木糖脱氢酶基因的表达质粒 pAJ401-xdhl 转 化成已带有树干毕赤氏酵母木糖还原酶基因的重 组酿酒酵母 H475，构建了同时带有毕赤氏酵母木 糖还原酶基因和瑞氏木霉木糖醇脱氢酶基因的重 组酿酒酵母 HXl。石贵阳等[46]将来源于粟酒裂殖 酵母的а-半乳糖苷酶基因 mel 整合到工业酿酒 酵母染色体的甘油合成途径关键酶基因 GPD1 中， 重组子 S.cerevisiae MG1 利用蜜二糖的能力显著 提高,产甘油能力下降，生长时具自絮凝能力。 3.2 对产纤维素酶菌株的改良
3 菌种选育及改造
3.1 利用戊糖和己糖的基因工程菌的构建 以木质纤维素为原料生产乙醇,其关键之一
在于有能利用多种糖源高效生产乙醇、遗传性能 稳定、生产周期短的微生物菌种。传统的用于乙 醇发酵生产的微生物(酿酒酵母菌和运动发酵单 胞菌等) 都能很好地利用葡萄糖，且乙醇发酵效 率高,乙醇耐受力强，但均不能代谢五碳糖。而能 利用五碳糖的微生物(大肠杆菌和克雷伯氏菌等) 的乙醇生产能力都非常有限，副产物多。因此, 从 20 世纪 80 年代开始，人们便尝试利用基因工 程的手段改造现有的微生物,以期得到理想菌种。 到目前为止，以能利用五碳糖(主要是木糖)和六 碳糖生产乙醇为目标的基因工程菌种改造工作已 经取得了很大进展，获得了不少具有较好效果的 基因工程菌株[40]。当前研究的重点集中在运动发 酵单胞菌、大肠杆菌、酵母菌和克雷伯氏菌等菌 种的改造，构建出能高效利用五碳糖(木糖为主) 和六碳糖(葡萄糖为主)的工程菌。
Damma 将 Scerevisiae 与 Fusariumoxyporum 混合培养发酵甜高粱杆，其中 Fusariumoxyporum 可在好氧条件下产酶，然后酶水解高粱秆中的纤 维素和半纤维素得到可发酵性糖，最大酒精得率 与浓度分别为 5.2～8.4 g 酒精/100 g 新鲜高粱 秆和 3.5～4.9％(w/v)，超过基于高粱秆中可溶 性糖(主要为葡萄糖和蔗糖)的酒精理论得率 20.0 ％ ～ 32.1 ％ 。 Nedovic 将 呼 吸 缺 陷 型 的 S.cerevisiae 与 P.stipitis 混合培养连续发酵， 稀释率为 0.125u/h，酒精浓度为 13.5 g/L，酒精 得率为 0.25 g/g，体积生产率 1.6 g/L/h，底物 的转化率达 100％。涂璇等[33]研究了两种曲霉 (UF2 和 UA8) 二元混菌体系和两种曲霉与酵母菌 组成的三元混菌体系混合发酵对纤维素酶系三种 酶组分活性的影响。结果表明：两种霉菌按一定 比例接种进行混合发酵时三种纤维素酶组分的活 性较单菌发酵大幅度提高。 2.6 固定化细胞发酵
生物原料产酒精的最大潜力在于使用纤维素 酶对纤维素进行水解，尽管对纤维素酶的研究已 经开展了几十年，酶的成本依然很高。要进行生 物加工竞争，必须使目前的纤维素酶生产成本有 实质性的降低。纤维素酶的作用相对缓慢，这主 要是因为酶的作用复杂、不可溶及半晶质的性质。 此外，要获得最大的纤维素酶活力，需要多种相 关酶的组合，如葡萄糖内切酶、葡萄糖外切酶及 β－葡萄糖苷酶的协同作用以便把纤维素完全转 化为葡萄糖。
选育高产和对不利环境条件具有抗性的优良 菌株可以提高酒精的发酵产率和节约加工成本， 提高酒精产业的经济效益。优良的酒精酵母菌应 具备耐高温、耐高乙醇浓度、耐高渗透压、耐低 pH 以及糖醇转化能力强、发酵速度快等特征。目 前用来选育酵母菌种的技术主要包括：直接筛选、 驯化、杂交育种、诱变育种等传统方法以及以 DNA 重组技术和原生质体融合为代表的现代育种方 法。近年来，运用 DNA 重组技术和遗传工程等育 种新技术来改良菌株取得了重要进展。Takeshi Matsumoto 等[47]将含有人工合成的随机组合多肽
固态发酵技术以其特有的优点(如无“三废”
排放)引起人们极大的兴趣。近几年来国外竟相对 固态发酵的关键设备及反应动力学进行研究，使 固态发酵生产最优化。Hardin, Lkasari 等[6]对 固态发酵过程中影响微生物(包括真菌、细菌)生 长的重要因素如水分活度、pH 值、发酵时间以及 介质传热、菌体生物量测定等的动力学研究报道 并建立了较为完善的数学模型；D.A. Mitchell 等 对不 [28-29] 同类型的固态发酵反应器的传热传质 动力学、微生物生长动力学进行了深入的研究， 为固态发酵反应器结构设计的合理性提供了重要 依据；我国学者苏东海等 研究 [30-31] 了秸秆固态发 酵过程中生物量、CO2 的排放量(CPR)等关键过程 参数测定的方法以及底物湿度变化对生物量、纤 维素酶活和酒精产量的影响。 2.4 zea chem 工艺