《纤维质原料制燃料酒精的研究进展论文》毕业学术论文.doc

纤维质原料制燃料酒精的研究进展 生物工程 摘要： 将纤维素生物质转化为燃料酒精，可以降低传统以粮食为原料的酒精发酵工业的成本，充分利用这种数量巨大的可再生资源。纤维素酶将预处理的纤维质原料降解为酵母可直接利用的D-葡萄糖，转化为酒精。对纤维质原料制酒精的研究主要有原材料的预处理、如何降低纤维素酶的成本、发酵过程的优化、菌种的合理运用和改造、酒精废糟的综合利用。 关键词：纤维质；燃料酒精；发酵 我国是个石油短缺国家，每年大约有6000万吨左右的石油需要进口，如果按最低添加量的10%的酒精搀兑，每年就可以减少大约600万吨的石油进口，这将为我国节省一大笔外汇开支。加入一定比例的酒精做燃料，具有节约石油、净化空气、转化剩余粮食等一举多得之效。燃料酒精不仅可以缓解能源短缺的问题，从长远的利益和能源的可再生性来看，燃料酒精又是一种潜力巨大的生物能源，它可减少燃烧的挥发损失，提高燃烧效率，减少污染物CO，NO等及其他污染物的排放，另外它燃烧产生的额外CO2最少，可最大限度地减少温室效应，缓解日益严重的大气污染。我国将生产燃料酒精项目列为“十五”示范工程重大项目。 纤维素是地球上数量最大的可再生资源，微生物对它的降解、转化是自然界中碳循环的主要环节。据估计，每年全球通过生物合成可再生性纤维素可达1000亿吨以上，但被利用的极少，除少量被用在造纸、建筑、纺织、饲料等行业外，大部分被白白地浪费掉。随着世界人口的增长和可利用土地的减少，粮食问题日益严峻，长期以来，粮食一直是发酵制酒精的主要原料。在国内，随着粮食价格的逐渐放开，以粮食为原料的乙醇发酵工业成本剧增，生产难以为继，急需寻找能取代粮食的廉价原料。随着研究的进行，人们将眼光转移到了这种成本低廉、数量巨大的可再生资源———纤维素类物质。因此，纤维素的生物转化对当前世界能源危机、粮食短缺和环境污染等问题具有重要意义 纤维质原料发酵的工艺流程 酒精工业常采用酿酒酵母（Saccharomyses cerebisiae）或卡尔酵母（S.caris- bergenesis）进行酒精发酵，而酵母的发酵通常是通过EMP 途径生成丙酮酸，然后丙酮酸脱羧成乙醛，在脱氢酶的作用下还原成乙醇。另外有发现利用假丝酵母（candida）发酵D-木糖异构化代谢物D-木酮糖生产酒精。 微生物发酵纤维素类物质产生酒精一般有3类，一是直接发酵法，利用产纤维素酶的分解菌直接发酵纤维素生产酒精，原料不需要进行酸解或酶解预处理。这种方法成本低廉，设备简单，发酵周期短，纤维素的降解率也很高，但是酒精的产出率低；二是间接发酵法，纤维素酶将纤维素分解，然后利用酵母发酵酶解液产生酒精。此种方法在工艺上要分两步进行，糖化液要分离收集；三是同步糖化发酵法，就是纤维素酶解过程和酵母的酒精发酵过程同时进行，这种方法酶水解产物葡萄糖能够不断被发酵成酒精，可以解除葡萄糖对纤维素酶的反馈抑制作用，提高发酵效率。还有一种方法就是利用酸或碱直接把纤维质原料水解为可以被微生物吸收的糖类，从而进行发酵。 燃料酒精生产中的一些问题 2.1、酸水解 酸水解可以分为稀酸水解和浓酸水解，可以在较温和的条件下进行。稀酸水解可以将半纤维素转化为单元糖，原料中的重金属被稀酸溶解，然后以氢氧化物的形式沉淀，最后和石膏一起被过滤掉。稀酸水解糖的转化率只能达到50%，其水解过程中产生一种络合物，是大多数微生物的抑制剂。浓酸水解约有90%的纤维素和半纤维素转化的糖被回收，但是浓酸水解中的酸难以回收。酸水解纤维素类物质早在19世纪末就有研究，但是迄今进展不大。传统处理途径是用石灰中和水解液，以调节PH值达到发酵生产要求。1987年，I.adisch等提出用离子排斥法（LE）分离水解液中酸和糖的方法，据Nanguneri等在1990年的估算，该法比传统的石灰中和法经济。1998年Wooley等又提出了9段模拟移动床LE分离酸液和糖液的方法，据称不但能有效地分离硫酸和糖液，还能把水解副产物醋酸去除，已知后者是影响发酵的主要有害物质。酸水解过程中还要求容器是防腐蚀、耐酸、耐压的，容器体积也较大。另外，酸解常会伴随生成有毒产物乳糖醛、酚类等物质，需要改善工艺，减少这些物质的产生。 2.2、酶水解 现在所使用的纤维素酶都是由真菌产生的。纤维素酶的研究首先着眼于厌气性分解菌，由于这些细菌一般不分泌胞外酶，产能低，多数对结晶纤维素没活性。接着又有人提出使用好气性分解菌，如李氏木霉，后来又分离到酶活性相似的正青霉和能分解棉花的疣孢青霉。 由于酶具有底物高度专一性，所以产率很高，而且副产物很少，所以对于进一步的乙醇发酵减轻了提纯的工作量。但是，酶的成本较高，纤维素的酶解又需要大量的酶，在实际应用过程中对之加以有效地回收利用是必要的措施，研究较多的是采用超滤膜回收技术。另外，通过对微生物