木質纖維素丁酸預處理及其高效合成丁醇的調控

周泰然,侍永江,桂錚,王詩潔,曹瑾,時號,2,羅洪鎮,2*

(1. 淮陰工學院生命科學與食品工程學院,淮安 223003;2. 江蘇省生物質轉化與過程集成工程實驗室,淮安 223003)

由于化石能源日益枯竭和溫室氣體的過量排放,人類面臨著資源短缺和全球變暖等問題[1]。利用可再生的農林廢棄物生產液態燃料是解決上述問題的有效方法。丁醇是一種高效的液態燃料,其能量密度和燃燒性能突出[2]。丁醇的生產方法包括化學法和發酵法。發酵法是通過微生物將底物轉化為丁醇等產物,簡稱為丁醇發酵。傳統丁醇發酵的原料主要是玉米,該模式存在成本高、與人爭糧等問題。因此,利用廉價的玉米秸稈、水稻秸稈等木質纖維素資源作為原料,是降低生物丁醇生產成本的有效方案[3-4]。

木質纖維素是一種非均質聚合物,主要由纖維素、半纖維素和木質素構成,是地球上儲量最豐富的生物煉制原料[5-7]。然而,木質纖維素固有的抗降解特性導致難以對其直接利用,建立可用于生物質拆分并高效制取可發酵糖的預處理工藝,是目前該領域需要解決的關鍵問題[8]。近年來,研究人員建立了化學法、生物法和物理法等多種預處理方法[9-10]。這些預處理可有效攻克木質纖維素的抗降解屏障,顯著提高纖維素組分占比,有利于可發酵糖生產。在上述預處理方法中,酸預處理是一種高效拆解各組分的工藝[11]。傳統的酸預處理一般使用無機酸作為預處理劑,這些試劑對設備腐蝕性強且各組分易過度降解成酚類、糠醛類等副產物,對微生物發酵不利[12]。……