木质纤维素糖化关键技术

木质纤维素糖化关键技术

木质纤维素是一种重要的可再生资源，目前主要应用于高蛋白饲料的原料、为生物燃料及化学原料三个领域。但是由于天然木质纤维素的化学成分及结构都十分复杂，使其转化为工业发酵可利用的小分子糖类，需通过有效的预处理工艺及利用大量的多种糖苷水解酶共同作用，才能对其进行有效地生物降解。。因此，一直以来木质纤维素生物转化利用中，所遇到的主要瓶颈是水解过程中糖苷水解酶的种类和用量的高需求及降解方式的低效率，这也是造成纤维素生物转化利用高成本的主要原因。

基于上述原因，本实验室主要开展一下关键技术研究并取得一定进展：

一、纤维素酶高产菌种开发：

①B -葡萄糖苷酶菌种：通过筛选及一次DNS诱变获得H16桧状青霉菌种邙- 葡萄糖苷酶酶活达100IU/ml （纤维二糖底物）以上，远远高于里氏木霉和黑曲霉的B-葡萄糖苷酶酶活力，且其Km是已经报道的真菌胞外B -葡萄糖苷酶最低的，表示具有高纤维二糖

结合能力。

②全酶系高产纤维素酶菌种：基于组合诱变及基因工程技术具有独立知识产权、兼具木霉青霉特性全酶系纤维素酶高产菌株，目前完成了两种菌种的原生质体融合，最终创制纤维素水解平衡酶系高产菌种。

二、底物特异性高效水解酶系制备：

①酶系制备：基于里氏木霉诱变菌种DES-15 （自RUT-C30诱变获得，表

现菌丝分支多且短的优异发酵性状）及多尺度数学模型控制下的发酵工艺（建立养分消耗、菌丝生长及纤维素水解等模型进而优化发酵工艺），目前在200L 罐发酵原液滤纸酶活达到25FPU 以上；

②酶系复配：利用上述酶系，基于木质纤维素组成成分以及结构的差异，调整不同酶及非酶组分组成及用量，制备底物专一性高效复配酶系。目前通过酶系平衡配比以及部分添加剂的使用，滤纸酶活达到35FPU/ml 以上。

三、新型预处理技术：

基于桧状青霉小分子蛋白木质纤维素改性机理解析基础上，建立了藻类类生物预处理技术以及气爆玉米秸秆生物与物理化学预处理相结合的新型工艺。其中利用自由基对藻类细胞壁瞬间预处理后，其转化成还原糖的能力提高了70%，效果显著优于酸碱等预处理工艺，因此可以用于藻类生物炼制以及能源化利用。该预处理方式具有用时短，反应条件温和，成本低，不存在抑制物等优点。

木质纤维素油脂化工品及液体燃料平台技术

1.主要产品及其功能

美国华盛顿州立大学生物产品与加工实验室开发的工艺技术生产的主要产品是非食用性来源的微生物油脂。此微生物油脂可以用作可再生烃类生物燃料的直接原料和升级加工高价值生物化工品的前体，例如二羧酸，蓖麻油酸。2. 市场需求量总体来讲国际市场对于生物燃料和高价值生物化工品的需求量远超其供应量。1. 截至2011 年，生物燃料的国际需求量已经到达每年9200 万吨。

2.国际市场对于长链二羧酸的需求量巨大，其衍生品经济价值达到42 亿美元

3.蓖麻油酸作为工业化学品市场中的一个有利竞争品，由于蓖麻油酸及其衍生物的广泛应用，在2011 年蓖麻油酸的国际需求量到达了每年80-100 吨。

3. BBEL 核心技术

BBEL 开发的以木质纤维素为原料生产微生物油脂的平台技术主要包含以下流程：木质纤维素材料首先经过预处理工艺破环其原有的复杂结构，主要用于提高之后的酶解和糖化效率；产生的固体残留物经过洗涤后，利用产油酵母或真菌，通过同步糖化发酵技术，在胞内积累生成微生物油脂。

4. 技术创新点

1. 高效利用半纤维素来源的戊糖用于微生物油脂生产。

2. 将同步糖化共发酵技术用于微生物油脂生产，而该技术现阶段仅用于燃料乙醇的生产。

BBEL 开发的该技术平台主要解决了以下微生物油脂工业发展过程中的局限：1. 由于该技术工艺可以应用于多种不同的生物质材料，因此大大的提高了生物炼制工厂的加工量； 2. 由于大多数的生物质材料受季节影响大，因此该技术平台，利用

生物质材料的多样性能较好的规避原料供应季节性的难题。

5. BBEL 技术平台发展现状

美国华盛顿州立大学生物产品与加工实验室BBEL 成功开发臭氧结合氨浸泡预处理工艺(OSAA) 并且实现了将同步糖化共发酵技术成功应用于微生物油脂生产的技术路线。此两项技术均已成功申请国际专利。