我国燃料乙醇生产技术现状与发展前景分析

资源和能源是人类社会生存和发展的永恒需求,当前用以支撑全球经济发展的石油资源及能源供应正面临严峻挑战。燃料乙醇作为新的可再生的燃料替代品,可直接用作液体燃料或者同汽油混合使用,减少对不可再生能源——石油的依赖,保障本国的能源安全而日益受到各国的重视。作者介绍了国内外燃料乙醇生产技术概况与研究发展现状,分析了我国发展非粮燃料乙醇的必要性及存在的技术关键和发展前景。指出从长远来看,生产纤维质原料燃料乙醇是燃料乙醇发展的根本出路。     

一种来源于康氏木霉的纤维素酶增效蛋白的分离纯化

引言在可持续发展、低碳经济的背景下,利用纤维素酶水解木质纤维原料生产燃料乙醇无疑是一项符合我国国情的能源战略[1]。然而纤维素酶的水解效率低是制约纤维素燃料乙醇生产的最大障碍。     

燃料乙醇产业发展现状

近年来,世界范围内对先进生物能源领域的关注与投入达到了前所未有的高度,然而由于缺乏高效的生物质转化及下游加工技术,使获得先进生物能源的商业化产品仍然需要很长的路要走[1-2]。相对于沼气、藻类生物柴油及其它种类繁多的概念性先进生物能源,燃料乙醇具有生物发酵工艺成熟、生产周期短、生产成本相对低廉的优势,因此其仍然是目前最为现实可行的生物能源形式。     

生物能源研究新进展

主要介绍了燃料乙醇、生物柴油、生物制氢和沼气等生物能源的原料、生产技术及发展现状,探讨了生物能源发展前景。     

生物能源的发展现状及发展前景

主要介绍了生物能源包括燃料乙醇、生物柴油、生物制氢和沼气的原料、生产技术及发展现状。     

燃料乙醇领域的专利状况分析

燃料乙醇作为一种新的可再生能源,能够降低对不可再生能源——石油的依赖。在我国,多个部门均发布了燃料乙醇相关的产业政策,为燃料乙醇领域的技术发展铺平了道路。本文梳理了燃料乙醇领域的各国国家政策、技术发展现状及专利状况分析,详细分析了燃料乙醇领域中生产原料的专利状况。为燃料乙醇领域的技术企业提供专利数据支持,并对燃料乙醇领域的技术发展提供建议和展望。     

生物燃料的骗局:食物短缺和人口减少

这可能是有史以来最荒唐的一个绿色创意:将数以百万计的粮田转化为生产乙醇的玉米地,然后通过燃烧化石燃料来获取"乙醇"燃料,为了提炼生物燃料,浪费了更多的化石能源!与此同时,由于粮食短缺,还导致世界粮食价格不断上涨。玉米能给我们带来燃料的增长,虽然这听起来似     

中国生物燃料乙醇产业发展现状、存在问题及政策建议

燃料乙醇等生物质能源由于其技术的可实现性、资源的可持续性以及环境的友好性已经成为各国替代能源的重要发展方向。本文阐述了燃料乙醇产业发展的历程和现状,指出燃料乙醇产业发展中存在的问题,并提出了解决问题的对策。     

生物能源技术发展和利用的现状研究

生物能源作为可再生能源,具有可替代性、能大规模开发等特征,发展生物能源产业有利于缓解我国对石油资源的过度依赖,减少CO_2排放。本文主要介绍了生物柴油、燃料乙醇、成型燃料以及生物制氢的等生产技术及现状,分析了生物能源的发展趋势。     

纤维素乙醇研发现状与研究趋势分析

能源是世界物质资料生产的原动力,生物质能作为一种新型的生物能源,具有可再生、低污染等优点。燃料乙醇作为"替代能源",可应用到交通行业,创造就业机会,改善城市空气质量和减少温室气体的排放。中国作为人口大国,粮食问题制约玉米燃料乙醇的发展,而纤维素乙醇具有"不与人争粮、不与粮争地"的原料优势,是生物燃料乙醇行业未来的发展方向。全面分析了纤维素燃料乙醇研发现状与研究趋势,目前的研发现状为关键技术有待于进一步突破,经济性有待于进一步提高;但随着研究的不断深入,技术水平和设备水平的不断提高,纤维素乙醇有望在2025年实现规模化生产。     

ORP调控对马克斯克鲁维酵母发酵纤维素水解液的影响

采用通气的方式进行氧化还原电位（oxidation-reduction potential,ORP）调控,研究在添加抑制物条件下Kluyveromyces marxianus 1727-5利用葡萄糖、木糖以及两者混合体系的发酵性能,在此基础上考察了ORP调控策略对玉米秸秆水解液发酵的影响。研究结果表明：在调控ORP策略下,多种混合抑制物对酵母生长代谢造成的损害得以有效改善,细胞活性高,木糖、葡萄糖代谢速率加快。葡萄糖与木糖共发酵时,ORP调控至-150 mV时,葡萄糖发酵时间缩短近30%,木糖醇浓度由3 g·L^-1增加到10 g·L^-1。ORP调控策略也同样能有效缓解玉米秸秆水解液中较高浓度的多种抑制物对酵母细胞的胁迫,ORP为-100 mV时,相比于对照组,在保持终点乙醇不变的情况下,葡萄糖的发酵时间缩短了22%;木糖消耗由4.88 g·L^-1增至10.27 g·L^-1,木糖醇得率也由0.20 g·g^-1提高至0.48 g·g^-1。     

氧化还原电位调控混合糖为底物的丁醇发酵

控制丁醇发酵过程中的氧化还原电位（oxidoreduction potential, ORP）能够大幅提高丁醇产量和果糖利用率,并降低终点有机酸浓度。实验考察了以葡萄糖和果糖混合糖为底物,通过泵入无菌空气控制ORP分别不低于-490、-460、-430及-400 mV丁醇发酵情况。其中,控制ORP不低于-460 mV时,丁醇和总溶剂产量分别达到13.19 g·L^-1及19.71 g·L^-1,相对于不控制ORP的丁醇自然发酵分别提高了139.38%及117.07%,残糖浓度降低至3.20 g·L^-1,糖利用率高达94.18%。该调控策略有效地解决了以葡萄糖和果糖混合糖为底物的丁醇发酵过程中存在的残糖浓度高、丁醇产量低的问题。     

自产气气提与纤维床反应器耦合发酵生产丁醇

采用发酵产物中的二氧化碳（CO₂）和氢气（H₂）作为循环气提气源,对丙酮丁醇梭菌（Clostridium acetobutylicum CGMCC 5234）发酵产物进行原位气提,实现丙酮、丁醇和乙醇混合物（ABE）的连续纤维床固定化发酵生产。连续发酵实验进行了12批次共309 h,总溶剂ABE当量浓度为133.3 g·L^-1（其中丁醇 83.5 g·L^-1,丙酮38.4 g·L^-1,乙醇11.4 g·L^-1）,葡萄糖消耗率为1.29 g·（L·h） ^-1,总溶剂ABE产率为0.431 g·（L·h） ^-1,转化率为0.333 g·g^-1,其中丁醇产率为0.270 g·（L·h） ^-1,转化率为 0.209 g·g^-1,发酵液中丁醇浓度控制在8～12 g·L^-1,显著优于游离发酵的结果。气提提取之后冷凝的ABE溶液出现分层现象,其中丁醇相丁醇浓度高达603.7 g·L^-1,极大地减缓后续分离提纯的负担。结果表明,自产气循环气提与纤维床固定化耦合连续发酵生产ABE（特别是丁醇）的工艺具有可行性和竞争力。     

离子液体1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐对酿酒酵母AY93161的毒性及其酒精发酵过程的影响

为了考察离子液体在由木质纤维原料制备可发酵糖中的残留对后续酒精发酵过程的影响,对离子液体1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐([Emim]Ac)对酿酒酵母AY93161的毒性及其酒精发酵过程的影响进行研究。通过亚甲基蓝染色,利用OLYMPUS CX41显微镜观察不同[Emim]Ac浓度下对数生长期酵母细胞的形态结构,出芽情况及代谢活性,发现在[Emim]Ac浓度高于5 g·L^-1时,酵母细胞的形态结构会发生变化,在[Emim]Ac浓度高于0.1 g·L^-1时,随着[Emim]Ac浓度的增加,酵母的出芽速率及代谢活性降低。通过平板培养和液体悬浮培养测得[Emim]Ac对酵母的半有效浓度EC50和半抑制浓度IC50分别为4.45、7.70 g·L^-1。通过测定不同[Emim]Ac浓度下酵母酒精发酵的过程数据,发现在[Emim]Ac浓度低于0.1 g·L^-1时,对酵母酒精发酵过程几乎无影响,在[Emim]Ac浓度高于0.1 g·L^-1时,对酵母酒精发酵有抑制作用,[Emim]Ac对酵母酒精发酵的抑制作用主要是由其对菌体生长的抑制所致。     

气提法弱化超高浓度乙醇发酵过程中自絮凝酵母振荡行为

超高浓度(very high gravity,VHG)连续乙醇发酵过程中的振荡行为会导致发酵终点的乙醇浓度振荡和降低,是VHG连续乙醇发酵面临的主要问题。研究表明,游离酵母Saccharomyces cerevisiae 4126和自絮凝酵母BHL01在VHG连续乙醇发酵过程中,生物量、残糖、乙醇、甘油等发酵参数都呈现130～145 h的周期性振荡,且絮凝酵母发酵体系的平均乙醇浓度和乙醇生产强度都明显高于游离酵母体系。在絮凝酵母VHG连续乙醇发酵过程中利用发酵尾气气提分离乙醇,酵母细胞振荡行为被明显弱化,达到拟稳态状态,并且使发酵液中的残糖浓度控制在0.1 g·L^-1以下,平均乙醇浓度为110.87 g·L^-1,乙醇产率达到2.99 g·L^-1·h^-1。因此,本研究为弱化VHG连续乙醇发酵中的参数振荡行为提供了新的技术手段。     

发酵粗甘油产乳酸的戊糖乳杆菌代谢进化

以生物柴油产业的副产物粗甘油为底物,可降低乳酸发酵的生产成本。但是,粗甘油发酵生产乳酸存在菌体生长缓慢、菌浓较低、产酸速率和终产物浓度偏低等问题。以实验室筛选的一株戊糖乳杆菌 (Lactobacillus pentosus R3-8)为出发菌株进行代谢进化。通过在培养基中添加高浓度的粗甘油和乳酸,分别进行菌株耐底物和产物抑制的代谢进化。用粗甘油驯化的第60代菌株,可耐受130 g·L^-1的粗甘油,与出发菌株相比,生长速率提高, 且生物量是原始菌株的1.23倍。用乳酸驯化的第50代菌株可耐受20 g·L^-1的乳酸,生物量比初始菌株提升了18%。驯化菌株的5 L发酵罐分批发酵结果显示,以粗甘油驯化至 60 代的菌株的批次发酵水平相对较好,乳酸产量、甘油转化率以及生产强度分别为 45.0 g·L^-1、0.989 g·g^-1和 0.47 g·L^-1·h^-1。以粗甘油驯化至 60 代的菌株进行补料分批发酵,乳酸终浓度为83.8 g·L^-1,比分批发酵提高了近1倍。     

Enhanced production of glycyrrhetic acid 3-O-mono-β-D-glucuronide by fed-batch fermentation using p H and dissolved oxygen as feedback parameters

Glycyrrhetic acid 3-O-mono-β-D-glucuronide(GAMG), the major functional ingredient in licorice, has widespread applications in food, pharmacy and cosmetics industry. The production of GAMG through Penicillium purpurogenum Li-3 cultivation was for the first time performed through both batch and fed-batch processes in bioreactors. In batch process, under optimal conditions(p H 5.0, temperature 32 °C, agitation speed 100 r·min-1), 3.55 g·L-1GAMG was obtained in a 2.5 L fermentor. To further enhance GAMG production, a fine fed-batch process was developed by using p H and DO as feedback parameters. Starting from 48 h, 100 ml 90 g·L-1substrate Glycyrrhizin(GL) was fed each time when p H increased to above 5.0 and DO was increased to above 80%. This strategy can significantly enhance GAMG production: the achieved GL conversion was 95.34% with GAMG yield of 95.15%, and GAMG concentration was 16.62 g·L-1which was 5 times higher than that of batch. Then, a two-step separation strategy was established to separate GAMG from fermentation broth by crude extraction of 15 ml column packed with D101 resin followed by fine purification with preparative C18 chromatography. The obtained GAMG purity was 95.79%. This study provides a new insight into the industrial bioprocess of high-level GAMG production.     

过表达谷氧还蛋白基因GRX5提高酿酒酵母乙酸耐性

利用可再生的纤维素原料生产燃料乙醇是国内外研究的热点。但纤维素原料一些预处理过程产生的乙酸对酿酒酵母细胞生长和乙醇发酵产生强烈抑制,因此,提高酿酒酵母细胞的乙酸耐受性是提高纤维素乙醇发酵效率的重要手段。本文研究了谷氧还蛋白家族中GRX5p的编码基因的过表达对酿酒酵母在乙酸胁迫条件下细胞生长和发酵性能的影响。结果表明,过表达GRX5的重组菌株在含有5 g·L^-1乙酸的平板中生长优于对照菌株;在含有5 g·L^-1乙酸的培养基中进行乙醇发酵,过表达GRX5的重组菌株可在48 h基本消耗培养基中所有的葡萄糖,发酵周期比对照菌株缩短了12 h。过表达GRX5菌株的乙醇生产强度为0.897 g·L^-1·h^-1,比对照提高了28.5%。代谢物分析结果表明,过表达GRX5的重组菌株可产生更多的保护性物质海藻糖和甘油,有利于增强菌株胁迫耐受性。     

无氟无铵铝合金表面预处理新工艺

针对铝合金表面预处理过程存在污染严重、水耗高等问题,研究开发无氟无铵铝合金表面预处理新工艺。考察了碱性药剂配方组成及浓度、温度和时间对铝耗和铝合金表面形貌的影响,并通过正交实验确定了新工艺的优化方案。研究结果表明,经过“预处理-中和”两个步骤,铝合金表面平整、起砂细腻,铝耗仅为 2.0%。新工艺起砂效果优于传统碱蚀工艺,与传统酸蚀工艺细腻砂面相近。新工艺铝耗比传统碱蚀工艺降低约71%,与传统酸蚀工艺相近。新工艺操作时间比传统碱蚀工艺和酸蚀工艺分别缩短了23%和31%。最佳药剂配方为Na₂CO₃（80 g·L^-1）, NaOH（8 g·L^-1）,Na₂SO₄（25 g·L^-1）, Na₃PO₄（20 g·L^-1）, SDS（0.6 g·L^-1）, 甘油（5 g·L^-1）。 最佳操作条件为55℃和10 min。新工艺不仅从工艺源头消除了氟和氨氮污染,还实现了除油-起砂-去机械纹等多功能一体化集成。具有低污染、低铝耗、低水耗、短流程、高效率等优点,兼具环境友好和资源节约等优势。     

Three-stage fermentation and kinetic modeling of bioflocculant by Corynebacterium glutamicum

Fermentation of bioflocculant with Corynebacterium glutamicum was studied by way of kinetic modeling. Lorentzian modified Logistic model, time-corrected Luedeking–Piret and Luedeking–Piret type models ...