木质纤维素乙醇研究进展（英）

木质纤维原料制取乙醇在实际应用中具有较大的发展前景。该文主要综述了纤维素乙醇的预处理、水解和发酵三个过程。此外,比较了不同预处理方法的效率,还概括了当前纤维素乙醇的研究进展,包括发酵菌株、基因工程、发酵过程（SHF和CBP）和发酵过程与分离过程的整合。最后,还对纤维素乙醇在今后的发展提出一些建议。     

木质纤维素乙醇发酵研究进展

以木质纤维素为原料生产燃料乙醇,首先要对原料进行预处理得到可发酵糖,在稀酸水解木质纤维素得到的糖液中,除含有葡萄糖、木糖等六碳糖和五碳糖外,根据水解温度、酸浓度和时间的不同,还含有不同浓度的发酵抑制剂。因此,在研究木质纤维素稀酸水解糖液的乙醇发酵中,对代谢木糖成乙醇的菌种的研究、对代谢发酵抑制剂微生物的研究、对稀酸水解糖液的脱毒方法的研究以及对稀酸水解糖液不同发酵方式的乙醇发酵研究等非常重要。本文重点介绍了以上几个方面近几年研究的进展。     

辐照预处理水稻秸秆酶解糖化与发酵产乙醇工艺

为探讨辐照预处理后木质纤维素在未脱毒的前提下发酵产乙醇的可行性,本研究以水洗脱毒的水稻秸秆为对照,对未采取脱毒处理的水稻秸秆进行酶解糖化与发酵产乙醇研究.结果表明:在15％底物浓度下,水洗脱毒对辐照水稻秸秆在酶解转化率和乙醇转化率没有明显提高,酶解72h后辐照秸秆和对照的纤维素转化率分别为64.11％和63.50％,同步糖化发酵72h后乙醇转化率分别为65.70％和67.45％;经物料衡算,100g水稻秸秆原料经射线辐照预处理或辐照水洗脱毒预处理后,再进行糖化发酵,可分别获得11.04g和9.62g乙醇.本研究为辐照在燃料乙醇领域的应用提供了参考.     

酸-碱两段组合预处理对杨木发酵的影响

为提升杨木的酶解发酵效率，该研究探究了酸-碱两段组合预处理对半纤维素、木质素的降解、纤维素保留以及后续发酵的影响；通过扫描电镜（scanning electron microscopy，SEM）、X射线衍射（X-ray diffraction，XRD）和傅里叶变换红外光谱（fourier transform infrared spectroscopy，FT-IR）对杨木进行表征分析，探究预处理对杨木表面形貌、组成成分和热稳定性的影响。对杨木进行两段HAc-NaOH组合预处理，第一段是采用1% HAc作为酸性催化剂在不同预处理温度（160～200 ℃）下进行预处理，第二段预处理则是以第一段预处理后样品为底物进行不同NaOH质量分数（0.3%～1.2%）的碱预处理。结果表明酸-碱两段预处理的效果优于仅一段酸预处理，在200 ℃ HAc组合0.8% NaOH的两段预处理下获得的乙醇浓度为18.72 g/L，结合SEM、XRD和FT-IR分析发现预处理中半纤维素和木质素的脱除显著提升预处理杨木中纤维素含量，木质纤维致密结构被破坏，提高了酶对纤维素的可及性，也有助于提高后续乙醇发酵浓度。最后通过对葡聚糖、木聚糖、酸不溶性木素含量、木聚糖、酸不溶性木素去除率以及结构特性对乙醇得率的相关性进行分析，表明预处理样品中具有较低半纤维素/木质素含量和较高纤维素结晶度的预处理样品具有更强的发酵潜力。     

SO2蒸汽预处理对黑松制取生物乙醇的影响

以加拿大不列颠哥伦比亚省甲虫致死黑松为原料,通过SO2催化蒸汽爆破方式对其进行预处理,并对预处理后的原料进行酶水解和乙醇发酵研究,以考察预处理方式结合酶水解对黑松制取乙醇的影响。结果表明,较低的SO2吸收率和原料含水率（干基）影响了预处理效果;水洗对预处理后原料的酶水解效率没有显著的影响;当水解底物质量浓度由20 mg/mL增加到150 mg/mL时,水解率均在42%左右,底物质量浓度的增加纤维素的水解率没有受到显著影响。从发酵结果看,黑松经汽爆预处理后,不进行水洗处理更有利于后续发酵。分步糖化发酵乙醇得率可以达最大乙醇得率的66%,而同步糖化水乙醇得率为55%。由此可见,低浓度SO2催化汽爆预处理低湿度黑松不能得到较好的预处理效果,需进一步优化。     

金属盐强化乙醇预处理和添加剂联合对杨木酶解的影响

农林废弃物的生化转化是木质纤维类生物质能源化利用的重要手段之一。其中,木质纤维素是生物质能源最重要的形式,通过生化转化将木质纤维素转化为可发酵糖,进而转化为燃料乙醇和化学品,是生物炼制的重要途径之一。该研究以杨木为研究对象,采用不同金属盐强化的乙醇溶液对杨木进行预处理,探究不同金属盐（FeCl₃、CrCl₃、CuCl₂、FeCl₂、ZnCl₂、MnCl₂、MgCl₂、CaCl₂ NaCl和LiCl）强化乙醇预处理对杨木组分和酶解效果的影响,同时在酶解段进行不同种类添加剂（吐温80、茶皂素、牛血清白蛋白和木聚糖酶）的添加,探究不同金属盐强化乙醇预处理和不同添加剂联合对杨木酶解效率的影响,从而得到杨木酶解最优的金属氯化物和添加剂组合。结果表明：金属盐强化乙醇预处理能显著去除半纤维素和木素,破坏杨木原料的致密结构,提升预处理底物中纤维素含量,暴露更多可接触位点,提高酶对纤维素的可及性,其中三价和部分二价金属盐（过渡金属盐）强化乙醇预处理能一定程度地提升酶解效果,获得较高的葡萄糖得率。添加剂的加入可不同程度的提升酶解速度、缩短酶解时间,并提升预处理样品的最终葡萄糖得率,其中在吐温80的作用下,FeCl₃强化的乙醇预处理后杨木酶解可获最高葡萄糖得率达93.44%,该研究结果可为农林废弃物利用提供参考。     

木质纤维素原料厌氧生物降解研究进展

分析了木质纤维素原料生物降解特性的分析,重点从两个方面介绍了利用这种原料进行厌氧生物降解产沼气的研究进展:原料预处理技术,包括物理处理、化学处理、生物处理以及热处理技术;厌氧发酵工艺,包括单相发酵和两相发酵工艺,以及混合原料发酵工艺,并简要探讨了木质纤维素原料厌氧生物降解进一步的研究和发展方向。     

麦秸与牛粪混合堆沤预处理厌氧干发酵产沼气中试试验

为阐释堆沤预处理对厌氧干发酵的影响,该文以小麦秸秆和牛粪为发酵原料,采用新型柔性顶膜车库式干发酵装置,在环境温度为26~35℃及发酵底物总固体质量分数为20%的条件下,研究麦秸与牛粪混合堆沤预处理后厌氧干发酵产气特性,分析了堆沤预处理以及厌氧发酵前后麦秸组分的变化。结果表明:堆沤预处理可以明显缩短厌氧干发酵的启动时间,提前工程运行中甲烷体积分数达到30%的产气收集要求时间,加快干发酵进程,进而间接加大了干发酵装置的处理能力,同时能使产气中甲烷体积分数提高10%以上,有效提升沼气品质。堆沤过程中虽有部分半纤维素被降解,损失了部分碳源,但堆沤后麦秸中纤维素的降解率提高了7%以上,累计产气量略有减少,但影响不大。     

微生物预处理油菜秸秆对提高沼气产量的影响

为研究微生物预处理技术对秸秆发酵制沼气的影响,采用混合菌剂对油菜秸秆进行预处理,利用红外光谱分析仪和扫描电子显微镜对预处理前后的秸秆进行分析。结果表明,混菌共发酵预处理11 d后油菜秸秆的纤维素、木质素、半纤维素降解率分别达到了37.4%、28.9%和29.9%。混菌共发酵预处理使油菜秸秆的木质纤维素内部结构发生较大改变,产生很多裂缝和空洞。以油菜秸秆为原料进行沼气发酵试验,发现预处理后的秸秆日产气量最高峰值较未处理的提高了37.6%,累计产气量提高了17.8%。由此可见,通过混合菌剂降解油菜秸秆中的纤维素、木质素和半纤维素,可促进秸秆生物质转化为沼气。     

瘤胃真菌与酿酒酵母仿生共培养提升秸秆发酵产乙醇量

玉米秸秆中具有较高的纤维素、半纤维素含量,是一种具有稳定产率、可集中处理、可代替木材作制浆原料的生物质材料。为了研究厌氧微生物与酵母共培养预处理玉米秸秆的产物,该研究模拟反刍动物消化玉米秸秆的过程,从羊瘤胃液中分离出厌氧真菌（Pecoramyces sp.）。以玉米秸秆茎皮碎为底物,与厌氧真菌、酿酒酵母菌S1145在39℃进行共培养72 h,分析发酵对秸秆茎皮降解及其代谢产物的影响。结果表明,在瘤胃真菌作用下,添加不同量的酿酒酵母可对代谢产物中乙醇含量产生影响,其中添加5 mL酿酒酵母时产生的乙醇含量最高,占总代谢产物比例为32.09%,相对于未添加酿酒酵母的对照组,乙醇含量提高了23.04百分点。研究表明,在厌氧真菌与酿酒酵母共培养预处理玉米秸秆茎皮的过程中,添加酿酒酵母可提高乙醇产量,为玉米秸秆高效资源化处理和生物质燃料生产提供了一种可靠的方法。     

Effect of Decorticating Sorghum on Ethanol Production and Composition of DDGS

The use of a renewable biomass that contains considerable amounts of starch and cellulose could provide a sugar platform for the production of numerous bioproducts. Pretreatment technologies have been developed to increase the bioconversion rate for both starch and cellulosic‐based biomass. This study investigated the effect of decortication as a pretreatment method on ethanol production from sorghum, as well as investigating its impact on quality of distillers' dry grains with solubles (DDGS). Eight sorghum hybrids with 0, 10, and 20% of their outer layers removed were used as raw materials for ethanol production. The decorticated samples were fermented to ethanol using Saccharomyces cerevisiae. Removal of germ and fiber before fermentation allowed for greater starch loading for ethanol fermentation and resulted in increased ethanol production. Ethanol yields increased as the percentage of decortication increased. The decortication process resulted in DDGS with higher protein content and lower fiber content, which may improve the feed quality.     

蒸汽爆破玉米芯水解液脱毒及其发酵生产燃料丁醇

为探究以玉米芯为原料生产燃料丁醇的最佳工艺技术,该研究对蒸汽爆破玉米芯水解液的脱毒方式及脱毒后的水解液的丙酮丁醇发酵进行了研究。结果表明:D301树脂对玉米芯水解液进行脱毒的综合效果最好,甲酸、乙酸和总酚的脱除率分别达到60%、46.04%和56.31%,香草醛脱除率为100%,对糠醛和5-HMF的脱除率分别达到了82.95%和87.52%;同时总糖的损失率为4.38%。D301树脂脱毒后的水解液经C.acetobutylicum CICC 8016发酵丁醇和总溶剂产量分别为5.2和7.5 g/L,葡萄糖和总糖的利用率分别达到100%和73.67%。当D301树脂脱毒的玉米芯水解液初始糖的质量浓度为50 g/L时,丁醇和总溶剂(丙酮、丁醇和乙醇)的质量浓度分别达到最大9.7和14.6 g/L。该研究为利用玉米芯工业化生产燃料丁醇提供了可靠的技术支持。     

废弃烟叶燃料酒精发酵工艺探索（简报）

以资源丰富、含糖量高的云南废弃烟叶为原料,通过正交试验,考察不同菌种、不同水平营养添加液和不同原料处理方法对能源酒精发酵的影响。试验结果表明：菌种和营养添加液水平对酒精发酵影响不明显,采用去除烟碱的预处理方法和半固态发酵方法,能显著提高燃料酒精产率;在此基础上,该文提出了较优的工艺流程,产物除燃料酒精外,还包括有重要用途的烟碱。     

利用农业废弃物碳源的红法夫酵母生产虾青素研究进展

利用红法夫酵母产虾青素工艺具有绿色、安全、低成本等优点,但培养红法夫酵母的培养基(尤其是碳源)成本是制约该工艺实现大规模生产的主要因素之一。传统的利用纯糖如葡萄糖、蔗糖、木糖等作为红法夫酵母生产虾青素的碳源,效果虽好,但因其价格较高,仅适用于实验室研究和小型发酵生产,不适于大规模工业化生产。如何寻找来源广、价廉且发酵效果好的碳源,降低虾青素的生产成本是发展虾青素产业亟待解决的课题。利用廉价且来源广泛的原料如水果类原料、糖质原料、甘油及废弃木质纤维素类原料等作为碳源能有效降低成本。但这些原料都存在一些问题,比如水果类原料存在季节性及地域性限制,糖蜜类原料供应稳定性方面存在问题,甘油类原料杂质多且存在食品安全隐患,木质纤维素类原料来源广泛、价格低廉,不存在占用耕地等问题,是最有希望用于规模化低成本发酵生产虾青素的原料,但其利用存在一些技术瓶颈。该文介绍了目前利用红法夫酵母生产虾青素的基本情况,并系统地对国内外不同碳源条件下利用红法夫酵母生产虾青素的研究状况进行了综述、比较及分析。最后,对利用红法夫酵母生产虾青素在碳源方面的未来发展趋势及重点研究方向进行了展望。     

糠醛渣的纤维素酶水解及其最优纤维素转化条件

该文对糠醛渣的纤维素酶水解特性进行了研究,探索利用玉米芯制糠醛联产燃料乙醇工业化生产的可行性。分析糠醛渣组分,表明其半纤维素质量分数为3.1%,纤维素为31.6%,说明糠醛生产过程对玉米芯的预处理基本满足高效酶解糖化糠醛渣并转化乙醇的要求;通过纤维素酶用量、温度、pH值、固液比、转速等因素进行条件优化,确定最佳水解条件：每克底物酶用量为6.7FPU,固液质量体积比1︰6,pH5.2,转速80 r/min;在糠醛渣水解体系中加入吐温80,结果表明在酶施用量较低情况下（6.7 FPU/g）,吐温80对提高糠醛渣水解转化率效果更为明显;通过最优化水解条件,使糠醛渣纤维素转化率达到78%,据此初步判定以糠醛渣为原料转化乙醇的工业化生产具有较大潜力。     

Evaluation and Strategies to Improve Fermentation Characteristics of Modified Dry‐Grind Corn Processes

New corn fractionation technologies that produce higher value coproducts from dry‐grind processing have been developed. Wet fractionation technologies involve a short soaking of corn followed by milling to recover germ and pericarp fiber in an aqueous medium before fermentation of degermed defibered slurry. In dry fractionation technologies, a dry degerm defiber (3D) process (similar to conventional corn dry‐milling) is used to separate germ and pericarp fiber before fermentation of the endosperm fraction. The effect of dry and wet fractionation technologies on the fermentation rates and ethanol yields were studied and compared with the conventional dry‐grind process. The wet process had the highest fermentation rate. The endosperm fraction obtained from 3D process had lowest fermentation rate and highest residual sugars at the end of fermentation. Strategies to improve the fermentation characteristics of endosperm fraction from 3D process were evaluated using two saccharification and fermentation processes. The endosperm fraction obtained from 3D process was liquefied by enzymatic hydrolysis and fermented using either separate saccharification (SS) and fermentation or simultaneous saccharification and fermentation (SSF). Corn germ soak water and B‐vitamins were added during fermentation to study the effect of micronutrient addition. Ethanol and sugar profiles were measured using HPLC. The endosperm fraction fermented using SSF produced higher ethanol yields than SS. Addition of B‐vitamins and germ soak water during SSF improved fermentation of 3D process and resulted in 2.6 and 2.3% (v/v) higher ethanol concentrations and fermentation rates compared with 3D process treatment with no addition of micronutrients.     

预发酵方式对餐厨垃圾酸化抑菌及甲烷发酵的影响

餐厨垃圾水分和有机物含量高,在收集储运过程中易酸腐变臭,影响其资源化利用。该文在新鲜餐厨垃圾中分别接种酵母菌和乙酸菌进行乙醇和乙酸预发酵,预发酵后的餐厨垃圾与酒糟混合进行甲烷发酵,并与不接任何菌种的对照组比较,考察2种预发酵方式对餐厨垃圾酸化抑菌及其与酒糟混合甲烷发酵的影响。研究结果表明,乙酸和乙醇预发酵对餐厨垃圾均具有良好的酸化抑菌效果,其大肠杆菌和金黄葡萄球菌数均比对照组降低了2个数量级以上;累积甲烷产量由高到低的顺序是:乙醇预发酵对照乙酸预发酵组,前者累积产甲烷量比对照组和乙酸预发酵组分别提高21.3%和49.8%;乙醇预发酵组乙醇浓度最高,而乙酸和丙酸浓度均最低;相反,乙酸预发酵组挥发性脂肪酸浓度积累导致产甲烷菌活性较低,其产气效率最低。因此,乙醇预发酵是一种既能实现餐厨垃圾酸化抑菌,又能维持发酵系统的稳定性,提高其后续产甲烷效率的有效预发酵方式。