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木質纖維素的酒精生產工藝
發布時間:2021-02-02 瀏覽

木質纖維素

利用微生物對木質纖維素生產酒精的過程進行發酵,大致可以分為直接法、間接法、同時糖化發酵和固定化細胞發酵。利用相同微生物,通過直接法,實現纖維素的糖化水解和乙醇發酵。熱纖維梭菌是直接法常用的微生物。經誘變、重組後的熱纖維梭菌用於發酵,其酒精產量可達9 g/L,乙酸產率可達9 g/L。熱纖梭菌與熱硫化氫梭菌聯合使用,也能使產量大幅度提高[45,46]。采用混合菌進行發酵,可部分解決產率低的問題[47];間接法是指先用一種微生物對纖維素進行水解,然後將酶解的糖液收集起來,用酵母發酵生產乙醇。此方法中常用木黴菌的纖維素酶對纖維素進行水解,產生的糖液經發酵後,酒精產量可達97 g/L。但是,此方法中的纖維素需要先用氫氧化鈉進行預處理,因此成本較高[48];同時,糖化發酵指的是在同一容器內,用能產生纖維素酶的微生物和酵母連續進行纖維素的糖化和發酵。該工藝過程中,纖維素水解後所產生的葡萄糖可連續用於發酵,從而消除了高濃度的葡萄糖對纖維素酶活性的抑*製,使設備簡單化,生產周期縮短,生產效率提高。但是,在發酵過程中,木糖的抑*製作用,糖化與發酵溫度的不協調,固定化細胞發酵技術具有細胞濃度升高,細胞可持續利用,終發酵液酒精濃度升高等優點。主要研究內容為固定化酵母和移動發酵單胞菌。常見的載體有藻酸鹽,卡拉膠,多孔玻璃等。實驗證明,固定化運動發酵單胞菌優於酵母菌。近年來,也有將微生物固定於氣液界麵進行發酵的報道,其微生物活性高於固態介質。固化體發酵的新趨勢是混合固化體發酵,如酵母與纖維二糖混合固化體發酵,將纖維二糖基質轉化為酒精,這被認為是纖維素生產酒精的重要途徑[49]。

近30年來,人們對木質纖維素類物質生產乙醇進行了大量的研究,對其成分、水解方法、發酵工藝及菌種進行了全*麵而深入的研究,為木質纖維素生產乙醇奠定了基礎。由於纖維素酶生產酒精的工藝技術已經基本成熟,但由於纖維素酶生產成本過高,且生產過程中酶用量較大,使纖維素酒精的價格無法與穀物酒精競爭,因此,應加強對纖維素酶生產酒精工藝的研究:①進一步研究纖維素酶的預處理、酶水解和水解發酵工藝,生產酒精;②研究固體發酵工藝,解決目前存在的汙染率高、成本高的問題;③通過基因工程的方法,篩選出高產纖維素酶、木素酶菌種,從而有效地降低生產成本。近幾年來生物技術的發展,使科技工作者麵臨著諸多挑戰,需要開發更穩定的基因工程酶,研究更廉價、更有效的木質纖維素預處理方法,優化生產酒精的各個環節。解決好這些問題,利用木質纖維素原料生產生物乙醇將會產生更大的社會和經濟效益。
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