利用作物秸秆发酵生产工业乙醇
棉花秸秆生产燃料乙醇的预处理技术研究概述
棉花秸秆生产燃料乙醇的预处理技术研究概述摘要乙醇是一种很有希望替代有限石油的燃料。
我国目前燃料乙醇生产的主要原料是陈化粮，但我国陈化粮可用于燃料乙醇生产的量十分有限。
棉花秸秆主要由纤维素、半纤维素和木质素和其它灰分等组成，经过预处理、发酵和脱水可生成燃料乙醇，在能源急剧短缺的今天，丰富而又可再生的棉花秸秆已经备受关注。
纤维质材料的预处理是转化乙醇过程中的关键步骤，该步骤的优化可明显提高纤维素的水解率，进而降低乙醇的生产成本。
本文总结了纤维质材料预处理的各种方法，对各种方法的优缺点进行了综述和分析，并对生物质预处理技术发展的前景进行了展望。
关键词：棉花秸秆；预处理；生物乙醇RESEARCH ON PRETREATMENT OF COTTON STALK FORBIOETHANOL PRODUCTIONABSTRACTEthanol is promising alternative energy source for the limited crude oil. Ethanol mainly comes from aged grain in our country.However, the aged grain which is used to produce ethanol is lim-ited. Cotton stalk is composed of cellulose, hemicellulose, lignin and solvent extractives. Ethanol can be obtained by pretreatment, fermentation and dehydration of cotton stra-w. In the current circumstances of energy shortage, abundant and renewable cotton str-aw has caused widespread concern.Petreatment, the critical technology for transformation of lignocellulosic materials to ethanol, can significantly enhance the hydrolysis of cellulose, and then reduce the cost of ethanol production. Progress in research and development of pretreatment is re-viewed in this paper, and the advantages and disadvantages of different methods of pretreatment a-re summarized and analyzed in detail. The prospect of pretreatment is also discussed.KEY WORDS: Cotton stalk; Pretreatment; Bioethanol第一章文献综述1.1 前言能源是当今社会赖以生存和发展的基础。
秸秆生产乙醇的化学方程式
秸秆生产乙醇的化学方程式【实用版】目录1.秸秆生产乙醇的背景和意义2.秸秆生产乙醇的化学方程式3.秸秆生产乙醇的优缺点4.我国秸秆生产乙醇的发展现状和前景正文1.秸秆生产乙醇的背景和意义随着我国经济的快速发展，能源问题日益突出，而乙醇作为一种可再生能源，在我国的应用前景十分广阔。
秸秆作为农业生产的废弃物，具有广泛的来源和低成本的优势，将其转化为乙醇不仅可以解决能源问题，还能减少农业废弃物的污染，提高农业资源利用率。
2.秸秆生产乙醇的化学方程式秸秆生产乙醇的主要过程是生物发酵法，其化学方程式如下：纤维素 (C6H10O5)n →葡萄糖 (C6H12O6) →乙醇 (C2H5OH) + CO2其中，纤维素是秸秆的主要成分，通过生物发酵过程中的酶解作用，转化为葡萄糖，再经过酵母发酵，最终生成乙醇和二氧化碳。
3.秸秆生产乙醇的优缺点优点：- 秸秆作为农业废弃物，来源广泛，成本低廉，具有可持续性。
- 乙醇作为可再生能源，对减少石油资源消耗，缓解能源危机具有积极意义。
- 乙醇具有较好的环保性能，可降低汽车尾气排放，减少空气污染。
缺点：- 秸秆中含有的杂质较多，需要经过多道工序处理，生产成本较高。
- 乙醇的热值较低，作为燃料使用时，其行驶里程较短。
- 乙醇的生产和储存技术要求较高，对设备和条件有一定要求。
4.我国秸秆生产乙醇的发展现状和前景我国是农业大国，秸秆资源丰富，近年来，政府加大了对秸秆资源化利用的支持力度，秸秆生产乙醇产业得到了快速发展。
然而，由于技术、资金等多方面原因，我国秸秆生产乙醇产业仍处于初级阶段，距离大规模商业化应用还有一定距离。
以玉米秸秆为原料同步糖化发酵生产燃料乙醇
系为 ： 培养温度 ３ ℃ 、 酵 ｐ ４ 发 Ｈ值 ５ ５ 发 酵的液 固比 ８ ：１ 当发 酵 １ ８ ， ．、 、 ０ ｈ后 乙醇浓度可达 ８ ３ Ｌ ． ３ 。该 实验 为纤维
质燃料 乙醇的产业化生产提供技术依据 。 关键词 ： 玉米秸秆 ； 同步糖化发酵 ； 燃料 乙醇
中 图分 类号 ：２ ６２ ￥ １ ． 文 献 标 识 码 ： Ｂ 文 章 编 号 ：０ ５—１３ （０ １ ０ ２９ ７ ６ ２ １ ）５—０９ ０ ０ １— ３
以玉 米 秸 秆 为 原 料 同步 糖 化 发 酵 生产 燃 料 乙醇
谢 慧 耿 ， 涛 王风芹 任天宝 宋 安东 ， ， ，
（．河南农业大学 生命科 学学院， １ 郑州 ４ ００ ； ５０２ ２ ．河南科技 学院， 乡 ４３０ ） 新 ５０ ３
摘 要： 以玉米秸秆为原料 ， 经酸法预 处理后 ， 采用 同步糖化 发酵 Ｓ Ｆ工 艺生产燃料 乙醇。正交试验 获得 的最佳体 Ｓ
Ａｂｔａｔ Ｆ ｅ ｅ ａｏ ｗ ｓ ｒｄ ｃｄｂ ｙｃ ｒ ｉ ｔ ｎｓｃｈ ｒ ｃｔ ｎａｄｆ ｍｅｔ ｉ ＳＦ ．Ｔ ｅｃｒ ｔ ｋｗ ｓ ａｅ ｓ ａ ａ ｓｒｃ ： ｕｌ ｔ ｎｌ ａ ｏｕ ｅ ｙｓｎｈｏ ｚ ｉ ａｃａｉ ａ ｏ ｎ ｒ ｎａｏ ｈ ｐ ｎ ａｏ ｉ ｆ ｉ ｅ ｔ ｎ（ Ｓ ） ｈ ｏ ｓ ｌ ａ ｋｎａ ｗｍ — ｎ ａ ｔ ｒ
ＸＩ Ｈｕ ，ＧＥＮＧ ｏ Ｅ ｉ Ｔａ ，Ｗ ＡＮＧ ｎ — ｉ ，ＲＥＮ ｉ ｎ ａ ，Ｓ Ｆｅ ｇ ｑ ｎ Ｔａ ｂ ｏ ＯＮＧ ． ｏ ｇ Ａｎ ｄ ｎ
（．Ｃ ｌ ｇ ｆ ｉ ｃ ｎｅ Ｈ ｎｎＡ ｒ ｕｔ ａ Ｕ ｉ ｒ ｔ，ｈｎ ｚｏ ５ ０２； １ ｏｅｅｏ Ｌｆ Ｓｉ ｃ ， ｅ ａ ｇ ｃｌ ｒｌ ｎ ｅ ｉ Ｚ ｅｇｈｕ４ ０ ０ ｌ ｅ ｅ ｉ ｕ ｖ ｓｙ ２ Ｈ ｎ ｎＩｓｔｔ ｏ Ｓｉ ｃ ｎ ｅｈ ｏ ｇ ， ｉ ｉ ｇ ５ ０３ Ｃ ｉ ． ｅａ ｔｕｅ ｆ ｃ ｎ ｅ ｄＴ ｃｎｌ ｙ Ｘ ｎ ａ ３０ ， ｈｎ ｎｉ ｅ ａ ｏ ｘｎ４ ａ）
玉米发酵生产酒精工艺
玉米发酵生产酒精工艺酒精是一种重要的工业原料,广泛应用于食品,化工、医药等领域,而且可以部分或全部替代汽油,具有安全、清洁、可再生等优点。
传统的酒精生产主要以糖蜜、薯类、谷物为原料发酵而成。
近年来,随着人口增长和经济的发展以及可利用耕地面积的减少使得酒精生产成本日趋增高,利用丰富、廉价的玉米秸秆为原料生产酒精已成为必然趋势。
我国是一个农业大国,各种纤维素原料资源非常丰富,仅玉米秸秆年产量大约2亿吨。
目前,玉米秸秆除了少部分被利用外,大部分以堆积、焚烧等形式直接倾入环境,极大地污染了环境,也是一种资源浪费。
如果将玉米秸秆经过预处理后水解,其所含的纤维素和半纤维素可分解成糖,经发酵可转化为酒精,转热效率可达30%以上。
这样不但缓解人类所面临的食物短缺,环境污染、资源危机等一系列问题,而且还能实现人类的可持续发展,因而近年来玉米秸秆成为生物能源领域的研究热点。
玉米生产酒精的工艺流程如图。
1玉米秸秆简介玉米秸秆主要由植物细胞壁组成,基本成分为纤维素、半纤维素和木质素等。
木质素将纤维素和半纤维素层层包围。
纤维素是一种直链多糖,多个分子平行排列成丝状不溶性微小纤维,半纤维素主要由木糖、少量阿拉伯糖、半乳糖、甘露糖组成,木质素是以苯丙烷及衍生物为基本单位组成的高分子芳香族化合物。
其中,木质素是一种燃料,半纤维素可水解为五碳糖,而纤维素水解为六碳糖比较困难。
2玉米秸秆预处理由于玉米秸秆结构复杂,不仅纤维素、半纤维素被木质素包裹,而且半纤维素部分共价和木质素结合,同时纤维素具有高度有序晶体结构。
因此必须经过预处理,使得纤维素、半纤维素、木质素分离开,切断它们的氢键,破坏晶体结构,降低聚合度。
常见预处理方法有物理法、化学法、物理化学法和微生物法等。
2.1挤压膨化法该方法属于物理处理法,是将原料粉碎后调节至一定水分,加入挤压机内,物料在螺杆的旋转推动下向前运动,同时被剪切、挤压。
并且在摩擦热的作用下温度可接近140℃;然后从挤压机中喷出,物料的压力突然降低、体积迅速膨胀,纤维素晶体结构被破坏,从而为纤维素的酶解处理创造条件。
秸秆发酵产酒精
秸秆发酵生产酒精的基本步骤：玉米秸秆预处理由于玉米秸秆结构复杂,不仅纤维素、半纤维素被木质素包裹,而且半纤维素部分共价和木质素结合,同时纤维素具有高度有序晶体结构。
因此必须经过预处理,使得纤维素、半纤维素、木质素分离开,切断它们的氢键,破坏晶体结构,降低聚合度。
常见预处理方法有物理法、化学法、物理化学法和微生物法等。
水解工艺玉米秸秆进行预处理后,纤维素水解只有在催化剂存在的情况下才能显著进行。
常用催化剂是无机酸和酶,由此分别形成了酸水解工艺和酶水解工艺,酸水解工艺又分为稀酸水解和浓酸水解。
水解主要是破坏纤维素、半纤维素的氢键,使之转化为发酵的单糖。
发酵工艺由于农作物秸秆的相当部分由半纤维素构成,其水解产物为以木糖为主的五碳糖,还有相当量的阿拉伯糖生成(可占五碳糖的10%～20%),故五碳糖的发酵效率是决定过程经济性的重要因素。
木糖的存在对纤维素酶水解起抑制作用,将木糖及时转化为酒精对玉米秸秆的高效率酒精发酵是非常重要的。
目前人们研究最多且最有工业应用前景的木糖发酵产乙醇的微生物有3种酵母菌种,即管囊酵母、树干毕赤酵母和体哈塔假丝酵母,主要的发酵方法有以下几种。
蒸馏提纯:发酵液内，除含有酒精和大量水分外，还含许多杂质。
蒸馏是把发酵醪液中含有的酒精提纯出来，通过粗馏和精馏，最后取得合乎规格的酒精，同时得到副产物杂醇油、酒糟等。
在纤维素稀酸水解发酵制乙醇的过程中，由于弱酸、呋喃衍生物和苯系化合物对微生物的影响,乙醇的产量和产率都不高。
好氧发酵罐和厌氧发酵罐的区别：好氧发酵设备通常采用通气和搅拌来增加氧的溶解，以满足其代谢需要。
根据搅拌方式的不同，好氧发酵设备又可分为机械搅拌式发酵罐和通风搅拌式发酵罐。
机械搅拌式发酵罐：利用机械搅拌器的作用，使空气和发酵液充分混合，促进氧的溶解，以保证供给微生物生长繁殖和代谢所需的溶解氧。
通风搅拌式发酵罐：通风的目的不仅是供给微生物所需要的氧，同时还利用空气代替搅拌器使发酵液均匀混合。
秸秆生产乙醇的化学方程式
秸秆生产乙醇的化学方程式秸秆是农作物的废弃物，如玉米秸秆、稻秆、小麦秸秆等。
利用秸秆来生产乙醇可以解决农作物废弃物污染环境的问题，并且乙醇是一种可再生的能源，能够替代化石燃料，对减少二氧化碳排放和改善环境有积极的影响。
秸秆生产乙醇的化学方程式可以分为两个步骤：预处理和发酵。
首先从预处理开始。
1.初步处理:将秸秆粉碎，并将其与水混合，调节pH值并加入酶解剂，使其溶解。
C6H10O5（纤维素）+ H2O → C6H12O6（葡萄糖）2.酸处理:在适当的温度和压力下，加入强酸（如硫酸）进行酸处理，破坏纤维素的结构，使其更容易被发酵。
C6H12O6（葡萄糖）+ H2SO4 → 3C2H5OH（乙醇）+ 3CO2（二氧化碳）接下来是发酵过程。
3.酵母发酵:将酸处理后的混合物进行发酵，加入酵母菌，酵母菌通过呼吸作用将葡萄糖转化成乙醇和二氧化碳。
C6H12O6（葡萄糖）→ 2C2H5OH（乙醇）+ 2CO2（二氧化碳）综上所述，秸秆生产乙醇的化学方程式为：C6H10O5（纤维素）+ H2O → C6H12O6（葡萄糖）C6H12O6（葡萄糖）+ H2SO4 → 3C2H5OH（乙醇）+ 3CO2（二氧化碳）C6H12O6（葡萄糖）→ 2C2H5OH（乙醇）+ 2CO2（二氧化碳）以上是乙醇生产的主要化学方程式，其中涉及到纤维素的水解和酸处理以及葡萄糖的发酵。
这个过程中主要产物是乙醇和二氧化碳，乙醇可以用作生物燃料和工业原料，而二氧化碳则可以收集并进行回收利用，以减少环境污染。
然而，生产乙醇的过程涉及多个步骤，具体环境条件和使用的酵母菌种类等因素会影响到乙醇的产率和纯度，所以上述化学方程式只是简单的示意，实际生产过程中还需要考虑更多的因素，并进行优化和改进。
秸秆做乙醇面临三大挑战
秸秆做乙醇面临三大挑战目前，国内由于玉米价格上涨而导致肉、蛋等食品价格过度上涨的严峻现实，使人们对要限制粮食乙醇盲目发展这一点有了进一步的认识。
针对有人把发展生物质乙醇的原料寄希望于秸秆等纤维素原料的说法，近日出席北京科博会中国能源战略高层论坛的一些专家表示了不同的看法。
中国工程院院士、清华大学教授倪维斗和国家发改委能源研究所可再生能源发展中心主任王仲颖等专家认为，现在有一种说法，是想用秸秆及其他纤维素来制造乙醇。
但这还是有问题。
一是技术问题。
这一技术还没有成功，能不能搞成还很难说。
去年美国总统说要凭借美国的技术实力，在6年之内攻克纤维素制乙醇技术。
但据最近我们与美国研究能源的人士了解，20年来美国政界人士至少已说过四五次这样的豪言壮语了，但纤维素制乙醇技术还是一直没有攻克，这次恐怕也悬。
二是污染问题。
纤维素制乙醇是通过水解、生物发酵来进行的，生产过程中要产生大量的废水。
纤维素乙醇生产过程中产生的污染，比目前造纸的污染要严重。
造纸是1吨纤维素可以造1吨纸，而生产1吨乙醇却要消耗四五吨纤维素，多消耗就要多排放。
现在国内搞纤维素乙醇，切不能重蹈过去发展造纸导致环境污染的覆辙。
三是成本问题。
即使纤维素制乙醇技术过关了，也难过成本关。
还是与造纸产业比较，1吨秸秆可以造1吨纸，四五吨秸秆才能制1吨乙醇，而1吨纸与1吨乙醇的销价大体差不多，原料成本却差了四五倍。
现在国内造纸产业都不愿用秸秆为原料，主要是因为原料的大规模收集与运输的费用过高，难道燃料乙醇用秸秆为原料能过成本关？专家们认为，比较科学和经济的办法是提倡秸秆还田，增加土地的有机质，减少氮肥的使用，改善耕地质量。
农业专家的研究表明，我国耕地增碳减氮的问题亟待解决。
多余的秸秆，应该就地加工，生产沼气、颗粒燃料等，这类燃料燃尽率高，使用方便，污染小，是解决广大农村燃料问题的有效途径。
这样，可以把目前农村普遍低效使用的煤替换出来，用于高效、低污染的大型电力、化工企业作原料和燃料。
玉米秸秆提取酒精
高油价催生燃料乙醇秸秆能源化效益巨大面对能源的紧缺，石油的涨价，世界上很多国家都在探索解决之道。
2000年，安徽丰原集团有限公司（以下简称丰原集团）就着手在高回收、低成本的发酵工艺方面成功探索利用玉米、薯类等生物质进行深加工，以替代石油产品的生产技术。
现在，我国很多地方都已经开始将玉米生产的燃料乙醇，以10%的比例直接混合到汽油中使用。
丰原集团在燃料乙醇生产中，与大连理工大学一起研制出世界最先进的自絮凝沉降颗粒酵母发酵生产工艺，使生产成本大大降低。
国家发展和改革委员会决定用燃料乙醇替代石油百万吨试点项目开始后，丰原集团占据40%份额。
去年，丰原集团燃料乙醇的产能已达44万吨。
新技术的重大突破走进丰原集团发酵技术国家工程研究中心，记者看到技术人员正在紧张地忙碌着，农作物的秸秆经粉碎、发酵，再经分离、提纯后就成了乙醇。
该中心副主任、丰原集团副总工程师宋家林告诉记者，丰原集团以玉米、薯类等生物质为原料生产的燃料乙醇、乙烯等产品均已进入市场并获得良好效益，利用农产品精深加工全面替代石油产品的许多关键技术已取得重大突破，并已经建成产业化项目，效益可观。
据介绍，目前利用秸秆生产乙醇的中试装置已投产，年产乙醇300吨。
石油是应用最为广泛的能源。
我国2004年进口原油1.2亿吨，比上年增加4.8%。
2010年石油需求量将达4亿吨，而国内供给能力最大为1.7亿吨。
用玉米、薯类等加工石油产品替代品，即用生物化工开发可再生的生物能源和生物化工产品，是各国应对能源危机的一条重要思路。
丰原集团经过长期研究和市场跟踪，认为如果原油价格不低于35美元／桶、玉米价格不高于1400元人民币／吨，用玉米加工转化替代石油产品就有利可图。
现在，我国玉米年产量近1.2亿吨，其中8000万吨没有加工转化直接用作饲料，所以，完全可以扩大替代石油的加工转化力度。
用3000万吨玉米生产的乙醇，可替代1000万吨汽油；用3000万吨玉米可生产550万吨乙烯，相当于目前中石化、中石油两个公司年生产能力的总和。
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细菌由于其生长条件温和，pH高于5.0，易染 菌，细菌还易感染噬菌体，一旦感染了噬菌体 将带来重大经济损失。
所以迄今为止，生产中大规模使用的仍是酵母。
酵母的生长条件
（1） 温度。其正常的生活和繁殖温度是29—30℃。在很高或很低
有机酸
污染的结果。乙酸菌可以利用乙醇生成乙 酸，乙酸的生成往往会增加挥发酸的含量。
詹美荣. 电子受体对超高浓度乙醇发酵副产物形成的影响[D]. 华侨大学，2013
每吨无水乙醇生产成本估算表
项目 主要原辅材料 木糖渣 纤维素酶液 燃料及动力 汽 电 15.1吨 292 kwh 92.92 0.54 3.92吨 3.38吨 52.00 391.44 单耗 单价（元） 金额（元） 1730 204 1323 1591 1399 161
ALICO有限公司
投资：3300万美元
厂址：佛罗里达州LaBelle（贝儿）郡
原料：770吨木材、植物废弃物等/天 计划年产：1390万加仑乙醇（约4.2万吨），6255千瓦电力，以及每 天生产8.8吨氢和50吨氨
（3） 溶氧。酿酒酵母是兼性厌氧菌。在有氧时靠呼吸产能，
无氧时借发酵或无氧呼吸产能。所以乙醇酵母在菌种生长起始通
风培养，等长至对数期快结束时停止通风，进行厌氧培养，从而 使细胞进行发酵产乙醇。
发酵产生乙醇的其它细菌和真菌
微生物种类 细菌 热纤梭菌（Clostridium thermocellum） 热硫化氢梭菌(C.thermoh ydrosul furicum) 产物
乙醇
乙醇，乙酸，乳 酸 乙醇，乙酸，乳 酸
乙醇，乙酸，乳 酸
乙醇 乙醇
乙醇生产对酵母要求
能应用于生产酵母菌株必须基本符合以下要求： 1. 能快速并完全将糖分转化为乙醇，有高的比生长速度，有高的耐 乙醇能力，抵抗杂菌能力强，对培养基适应性强，不易变异。
2. 要耐渗透压能力强，耐酸耐温能力强，对金属特别是Cu2+的耐受
一、木质纤维素预处理的作用 天然纤维素的高度结晶性和木质化，阻碍了酶与纤维素 的接触使其难以直接被降解。必须通过预处理，以降低 纤维素的结晶度，增加纤维原料的多孔性，脱除木质素 的保护作用，增加酶与底物的接触面积，从而提高酶解 的效率。
二、预处理方法
物理法、物理化学法、 化学法和生物法。
李海涛, 姚开, 贾冬英等. 秸秆纤维素生物转化预处理方法研究进展[J]. 农业技术与装备, 2010, 14: 56-58
利用作物秸秆发酵生产工业乙醇
姓名：高飞 学号：MG1430073
化石资源是现代工业和现代农业的物质基础
石油、煤炭、天然气不仅提供了 基本的能源，而且提供了99%的 有机工业原料。
中国的石油生产和需求： -----现状和预测
Environmental problem
化石经济，付出了巨大的环境代价（空气污染和温室效应等）
廉价石油时代终结了 ---人类必须戒除“油瘾”
生物质资源开发是人类继续生存的必然选择
面对日益严峻的能源 和环境问题，开发利 用风能、太阳能、生 物质能等可再生能源 已成为世界各国的共 同选择。
孙凤莲, 杜巍. 生物质能源开发利用中的产业体系建设进展与评述[J]. 安徽农业科学, 2014, 42(24): 8323-8326
生物质是仅次于煤炭、石油和天然气的第四大能源， 也是我国可再生能源发展的重点。
生 物 质
柳枝稷 芒草
秸秆发酵机理
01
秸秆预处理
物理法、物理化学法、化学法和生物法
糖化 02 将纤维素酶解为多糖或单糖。 03 微生物发酵和蒸馏提取乙醇 糖酵解阶段、丙酮酸转化为乙醇以及乙醇的提取的阶段
Prachand Shrestha, Mary Rasmussen. Solid-substrate fermentation of corn fiber by phanerochaete chrysosporium and subsequent fermentation of hydrolysate into ethanol [J]. J. Agric. Food. Chem, 2008, 56, 3918-3924
纤维素的分子结构
纤维素的结构
木质纤维 素结构
分层网格的微纤 维植物细胞壁
纤维素分子 结晶纤维素
次结晶纤维素 植物细胞壁含 有
多糖和木质素
木质纤维素组成
纤维素约45%（主要由葡萄糖聚合而成）、半纤维素约30%（主要由木糖
聚合组成）、木质素约25%（主要由复杂酚类聚合而成）。
（作物秸秆）木质纤维素预处理工艺
多维色谱/质谱技术
二维电泳/质谱技术
分子微生物学
DNA芯片技术
组学 Discovery-driven
转录组学 蛋白质组学 代谢组学 通量组学 计算生物学
秸秆发酵乙醇的主要难题
原料分散---集运增加成本 组分复杂---必先预加处理 多酶体系---效率急待提高
戊糖难用---酵母先要改造
中期目标
后，突然减压，蒸汽从反应釜中迅速喷出，使原料爆破。该预处理加剧了纤 维素内部氢键的破坏和有序结构的变化，游离出新的羟基，增加了纤维素的
吸附能力，也促进了半纤维素的水解和木质素的转化。
氨纤维爆破(ammonia fiber explosion, AFEX)法：和蒸汽爆破预处理类似，但是 避免了高温条件下糖的降解以及有害物质的产生。
生物质定义
生物质是指利用大气、水、土地等通
过光合作用而产生的各种有机体，即 一切有生命的可以生长的有机物质通
称为生物质。它包括植物、动物和微
生物。
生物质
广义概念：生物质包括所有的植物、微生物以及以植 物、微生物为食物的动物及其生产的废弃物。有代表
性的生物质如农作物、农作物废弃物、木材、木材废
弃物和动物粪便。
4. 生物法
生物法预处理条件温和，能耗低，无污染，但通常处理的时间较长，而
且许多白腐真菌在分解木质素的同时也消耗部分纤维素和半纤维素。
纤维素酶水解工艺
1. 纤维素酶的定义
能水解植物纤维或经物理、化学方法处理过的纤维素（如CMC）的β-1, 4糖苷 键的酶。 作用方式 纤维素酶水解纤 纤维素酶的分类 维素是各组酶 （C1 、Cx 、Cb） （一）内切β-1, 4葡聚糖水解酶－Cx 协同作用的结果： 1. 首先Cx 酶在纤维 （二）外切β-1, 4葡聚糖水解酶－C1 素内部随机的切 割，使其露出许 （三） β-1, 4葡萄糖苷酶－Cb 多供外切酶作用 的末端。 C1 2. 然后在C1酶的作 CX 用下生成大量纤 Cb 维二糖和纤维寡 糖。 3. 最后Cb酶将他们 进一步分解成葡 萄糖。
100m3纤维素酶发酵罐
鉴定委员会一致认为：“万吨级秸秆 酶解发酵丁醇和乙醇产业化技术创新
强，具有自主知识产权，达到国际领
先水平”
乙醇发酵吸附耦合塔
中国的燃料乙醇企业
美国的燃料乙醇企业
Broin公司
投资：8000万美元
厂址：爱荷华州的埃米茨堡
原料：842吨玉米纤维、芯、秸秆等 /天 计划年产：1.25亿加仑的乙醇，其中大约25%是纤维质乙醇 （约10 万吨） 参与者：du Pont 、 Novozymes 以及能源部国家可再生能源实验室 （National Renewable Energy Laboratory）
乙醇，乙酸，乳 酸
乙醇
热解糖梭菌(C.thermosacchaol yticum)
产乙醇热厌氧杆菌(Thermoanaerobacter ethanolicus) 布氏热厌氧杆菌(Thermoanaerobacter brockii ) 乙酰乙基热厌氧杆菌(Themobacteroides acetoethylicus) 真菌 粗糙脉孢霉(Neurospora crassa) 具柄毕赤氏酵母(Pichia stipitis)
其它费用
直接生产成本
432
3753
涉及的技术途径
微生物生理学 代谢工程 蛋白质工程 蛋白质结晶及 晶体衍射技术 实验生物科学 Hypothesis-driven 酶的定向 进化技术 反向代谢 工程技术
高通量 筛选技术
从基因组 到产品
基因组模型化技术
结构生物学 重组DNA 技术 分子遗传学
同位素-核磁共振技术
酒精发酵的副产物
正常发酵条件下，发酵醪中只有少量的甘
甘油
油生成，其含量为发酵醪量的0.3%—0.5%。 但在一些条件下，酵母可以转化糖分为甘
油
在乙醇发酵过程中，由于原料蛋白质分解
杂醇油
产生了氨基酸，氨基酸的氨基被酵母菌同 化，用作氮源，余下的部分脱羧生成相应 的醇类，这些醇类就是杂醇油。
除琥珀酸之外，其他有机酸均是由于杂菌
2.
纤维二糖
1.酵母乙醇发酵法：利用酿酒酵母、 管囊酵母、卡尔酵母、清酒酵母在 无氧条件下，得到乙醇
两种途径
2.细菌乙醇发酵法：利用厌氧发酵 单胞菌、棕榈发酵菌、运动发酵单 胞菌发酵
1.发酵前期：发酵菌种繁殖时期
发 酵
三个阶段
2.主发酵期：繁殖基本停止，主 要厌氧乙醇发酵 3.发酵后期：糖浓度降低，发酵作用 减弱，菌种死去
1.葡萄糖到二磷酸果糖，3步反应。
四步十二个反应
2.磷酸果糖到磷酸甘油醛，2步反应。 3.磷酸甘油醛到丙酮酸，5步反应 4.丙酮酸降解成乙醇，2步反应。
发酵微生物学
生产中能够发酵生产乙醇的微生物主要有酵母
菌和细菌。
目前工业上生产乙醇应用的菌株主要是酿酒酵