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木质纤维素的酒精生产工艺
发布时间:2021-02-02 浏览

木质纤维素

利用微生物对木质纤维素生产酒精的过程进行发酵,大致可以分为直接法、间接法、同时糖化发酵和固定化细胞发酵。利用相同微生物,通过直接法,实现纤维素的糖化水解和乙醇发酵。热纤维梭菌是直接法常用的微生物。经诱变、重组后的热纤维梭菌用于发酵,其酒精产量可达9 g/L,乙酸产率可达9 g/L。热纤梭菌与热硫化氢梭菌联合使用,也能使产量大幅度提高[45,46]。采用混合菌进行发酵,可部分解决产率低的问题[47];间接法是指先用一种微生物对纤维素进行水解,然后将酶解的糖液收集起来,用酵母发酵生产乙醇。此方法中常用木霉菌的纤维素酶对纤维素进行水解,产生的糖液经发酵后,酒精产量可达97 g/L。但是,此方法中的纤维素需要先用氢氧化钠进行预处理,因此成本较高[48];同时,糖化发酵指的是在同一容器内,用能产生纤维素酶的微生物和酵母连续进行纤维素的糖化和发酵。该工艺过程中,纤维素水解后所产生的葡萄糖可连续用于发酵,从而消除了高浓度的葡萄糖对纤维素酶活性的抑*制,使设备简单化,生产周期缩短,生产效率提高。但是,在发酵过程中,木糖的抑*制作用,糖化与发酵温度的不协调,固定化细胞发酵技术具有细胞浓度升高,细胞可持续利用,终发酵液酒精浓度升高等优点。主要研究内容为固定化酵母和移动发酵单胞菌。常见的载体有藻酸盐,卡拉胶,多孔玻璃等。实验证明,固定化运动发酵单胞菌优于酵母菌。近年来,也有将微生物固定于气液界面进行发酵的报道,其微生物活性高于固态介质。固化体发酵的新趋势是混合固化体发酵,如酵母与纤维二糖混合固化体发酵,将纤维二糖基质转化为酒精,这被认为是纤维素生产酒精的重要途径[49]。

近30年来,人们对木质纤维素类物质生产乙醇进行了大量的研究,对其成分、水解方法、发酵工艺及菌种进行了全*面而深入的研究,为木质纤维素生产乙醇奠定了基础。由于纤维素酶生产酒精的工艺技术已经基本成熟,但由于纤维素酶生产成本过高,且生产过程中酶用量较大,使纤维素酒精的价格无法与谷物酒精竞争,因此,应加强对纤维素酶生产酒精工艺的研究:①进一步研究纤维素酶的预处理、酶水解和水解发酵工艺,生产酒精;②研究固体发酵工艺,解决目前存在的污染率高、成本高的问题;③通过基因工程的方法,筛选出高产纤维素酶、木素酶菌种,从而有效地降低生产成本。近几年来生物技术的发展,使科技工作者面临着诸多挑战,需要开发更稳定的基因工程酶,研究更廉价、更有效的木质纤维素预处理方法,优化生产酒精的各个环节。解决好这些问题,利用木质纤维素原料生产生物乙醇将会产生更大的社会和经济效益。
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