纖維素乙醇產(chǎn)業(yè)化的突破口
——集成就地產(chǎn)酶工藝的多聯(lián)產(chǎn)生物精煉

曲音波，畢衍金，李雪芝，趙淑晶，韓小龍，閆俊卿，杜健，李宏偉

1.山東大學(xué)微生物技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，國(guó)家糖工程技術(shù)研究中心，濟(jì)南 250100

2.山東泉林紙業(yè)有限責(zé)任公司科研所，聊城 252800

纖維素乙醇產(chǎn)業(yè)化的突破口
——集成就地產(chǎn)酶工藝的多聯(lián)產(chǎn)生物精煉

曲音波1，畢衍金2，李雪芝1，趙淑晶2，韓小龍1，閆俊卿2，杜健1，李宏偉2

1.山東大學(xué)微生物技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，國(guó)家糖工程技術(shù)研究中心，濟(jì)南 250100

2.山東泉林紙業(yè)有限責(zé)任公司科研所，聊城 252800

曲音波，教授，博士生導(dǎo)師。曾任中國(guó)微生物學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)，亞洲生物技術(shù)聯(lián)合會(huì)咨詢(xún)委員?，F(xiàn)為亞洲生物技術(shù)聯(lián)合會(huì)生物能源與生物煉制分會(huì)理事，《微生物學(xué)報(bào)》副主編。長(zhǎng)期從事纖維素酶研究和可再生資源微生物轉(zhuǎn)化技術(shù)開(kāi)發(fā)，先后擔(dān)任過(guò)“973”項(xiàng)目首席科學(xué)家和國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，主持或參加了20余項(xiàng)國(guó)家或省部級(jí)以上科研項(xiàng)目。發(fā)表研究論文360余篇。主持或參與編寫(xiě)著作10余部。篩選到的青霉纖維素酶抗降解物阻遏高產(chǎn)突變株已被用于工業(yè)酶制劑生產(chǎn)。先后獲得國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)和四等獎(jiǎng)各1項(xiàng)，省部級(jí)二等以上科技獎(jiǎng)勵(lì)8項(xiàng)，國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利13項(xiàng)，并獲得中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利優(yōu)秀獎(jiǎng)1項(xiàng)。E-mail：quyinbo@sdu.edu.cn

纖維素乙醇產(chǎn)業(yè)化在可再生資源利用、環(huán)境污染控制、農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈延伸、農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展、農(nóng)民就業(yè)等方面均可發(fā)揮重大作用。但由于生產(chǎn)成本仍然偏高，至今未能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化。把集成了就地產(chǎn)酶過(guò)程的多聯(lián)產(chǎn)生物精煉技術(shù)選擇為實(shí)現(xiàn)纖維素乙醇大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的突破口，可以大幅度降低酶解產(chǎn)糖的用酶成本。同時(shí)，引進(jìn)精煉概念，提高了纖維素乙醇生產(chǎn)與同類(lèi)糧食和石油產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力。玉米芯生物精煉聯(lián)產(chǎn)木糖產(chǎn)品-乙醇-木質(zhì)素工藝技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)了纖維素乙醇工業(yè)化生產(chǎn)，最近正在合作開(kāi)發(fā)秸稈生物精煉聯(lián)產(chǎn)紙漿-乙醇-黃腐酸肥新技術(shù)，有望實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。

纖維素乙醇；集成生物精煉；就地產(chǎn)酶；纖維素酶；戊糖/己糖共發(fā)酵

1 纖維素乙醇研究的意義和開(kāi)發(fā)進(jìn)展

通過(guò)纖維素乙醇的規(guī)模化生產(chǎn)，可以大規(guī)模開(kāi)發(fā)未被充分利用的秸稈等可再生性的農(nóng)林廢棄物資源，防止秸稈就地焚燒造成的空氣污染。同時(shí)，通過(guò)推廣含10%～20%乙醇的汽油醇用作車(chē)用燃料，可以提高汽油的辛烷值，減少汽車(chē)尾氣中的氮氧化物、硫氧化物及微細(xì)顆粒物。這些都可以協(xié)助減少霧霾的形成。來(lái)源于太陽(yáng)光合作用吸收二氧化碳生產(chǎn)的纖維素乙醇屬于碳中性的清潔燃料，燃燒過(guò)程不會(huì)造成二氧化碳的凈排放，大規(guī)模應(yīng)用可以減少化石能源利用和減緩氣候變暖，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。另外，發(fā)展纖維素乙醇產(chǎn)業(yè)還可以在不影響糧食安全供應(yīng)的基礎(chǔ)上，延長(zhǎng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)鏈、安排農(nóng)民就業(yè)和增收、促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展，為解決我國(guó)的三農(nóng)問(wèn)題提供幫助。從人類(lèi)歷史發(fā)展的長(zhǎng)遠(yuǎn)角度來(lái)看，纖維素乙醇生產(chǎn)技術(shù)的成熟還可以推動(dòng)可再生的木質(zhì)纖維素資源轉(zhuǎn)化生產(chǎn)液體燃料和生物基化學(xué)品巨型產(chǎn)業(yè)的形成和發(fā)展，為人類(lèi)應(yīng)對(duì)石油與煤炭等一次性化石資源的逐漸耗竭，實(shí)現(xiàn)以可再生資源利用為基礎(chǔ)的綠色循環(huán)生物經(jīng)濟(jì)的永續(xù)發(fā)展打下基礎(chǔ)。因而，其對(duì)人類(lèi)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要意義是不言而喻的，受到了世界各國(guó)的廣泛重視，并對(duì)其研發(fā)過(guò)程給與了大力的支持。

然而，經(jīng)過(guò)了30多年堅(jiān)持不懈的艱苦努力，纖維素乙醇至今卻仍未能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化。以致纖維素乙醇被某些人戲稱(chēng)為“夢(mèng)幻燃料”，不少人已不再相信“狼來(lái)了”的呼喚，放棄了繼續(xù)的努力或?qū)M(jìn)一步研發(fā)的支持。目前，纖維素乙醇生產(chǎn)的研發(fā)過(guò)程已經(jīng)取得了巨大進(jìn)展，并已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)入了產(chǎn)業(yè)化階段。稀酸、汽爆、水熱、氨法等多種預(yù)處理技術(shù)都能使纖維素和半纖維素的水解轉(zhuǎn)化率達(dá)到80%以上；諾維信等公司開(kāi)發(fā)的第二代、第三代（Cellic CTec2、Cellic CTec3）等復(fù)合纖維降解酶制劑的噸乙醇用酶成本已經(jīng)達(dá)到了經(jīng)濟(jì)上可以接受的水平；經(jīng)過(guò)代謝網(wǎng)絡(luò)工程反復(fù)改造的酵母工程菌株已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)木糖-葡萄糖的共發(fā)酵。在此基礎(chǔ)上，意大利M＆G集團(tuán)與諾維信合作建立的貝塔可再生公司（Beta Renewables）早在2012年底就在意大利克雷什迪諾（Crescentino）建成了年產(chǎn)4萬(wàn)～6萬(wàn)噸級(jí)工業(yè)規(guī)模的纖維素乙醇工廠，并于2013年10月宣布投產(chǎn)。2014年9月POET-DSM先進(jìn)生物燃料有限公司，也在美國(guó)愛(ài)荷華州（Emmetsburg，Iowa）為美國(guó)第一家商業(yè)規(guī)模的纖維素乙醇工廠舉辦了開(kāi)工典禮。此后，美國(guó)、巴西等國(guó)又有多家企業(yè)宣稱(chēng)他們的工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)裝置已經(jīng)投入試產(chǎn)[1]。然而，多方面因素造成石油價(jià)格在2014年出現(xiàn)暴跌，造成燃料乙醇價(jià)格快速跌落，沉重打擊了纖維素乙醇的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，加上新技術(shù)在放大過(guò)程中必然會(huì)出現(xiàn)的一些工程上的問(wèn)題，使這些商業(yè)化裝置在投入試產(chǎn)后多半未能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)生產(chǎn)或達(dá)到預(yù)期的產(chǎn)能。

總體來(lái)說(shuō)，多家工業(yè)規(guī)模纖維素乙醇生產(chǎn)裝置的成功建成，說(shuō)明了由纖維素資源生產(chǎn)液體燃料和化學(xué)品技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化已邁出了實(shí)質(zhì)性的關(guān)鍵一步，已經(jīng)處于大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的起步階段。進(jìn)一步改進(jìn)和完善纖維素乙醇生產(chǎn)技術(shù)，提高其在經(jīng)濟(jì)上的競(jìng)爭(zhēng)力成為纖維素乙醇產(chǎn)業(yè)化成敗的關(guān)鍵。在分析和比較已有研究成果的基礎(chǔ)上，筆者研究團(tuán)隊(duì)把集成就地產(chǎn)酶過(guò)程的多產(chǎn)物聯(lián)產(chǎn)生物精煉技術(shù)選擇為實(shí)現(xiàn)纖維素乙醇大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的突破口，開(kāi)展了積極探索。

2 就地產(chǎn)酶技術(shù)與纖維素乙醇生產(chǎn)的集成

由于天然木質(zhì)纖維素材料的復(fù)雜結(jié)構(gòu)是植物通過(guò)億萬(wàn)年進(jìn)化后用來(lái)保護(hù)自身不被微生物及其酶系統(tǒng)攻擊的防護(hù)措施，纖維素被嚴(yán)密地包裹在木質(zhì)素和半纖維素等組成的保護(hù)層中，加上纖維素本身能形成緊密的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，使纖維素酶解的比活力非常低。盡管經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)念A(yù)處理后使其可降解性有明顯改善，但是纖維素酶解過(guò)程需要的用酶量仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于糧食乙醇的用酶量。通常情況下，1噸玉米淀粉原料水解時(shí)只需要約0.2～0.3kg淀粉酶蛋白，而每噸纖維素原料水解時(shí)往往需要10～50kg酶蛋白，用酶量高出了數(shù)十乃至上百倍。這在提高了纖維素乙醇生產(chǎn)成本的同時(shí)，也給大規(guī)模纖維素乙醇企業(yè)的酶制劑穩(wěn)定供應(yīng)制造了難題。把發(fā)酵生產(chǎn)出來(lái)的粗酶液加工成可儲(chǔ)存運(yùn)輸?shù)纳唐访钢苿┬枰獜?fù)雜的后加工工藝過(guò)程（除菌、濃縮、防腐等），在增加生產(chǎn)費(fèi)用的同時(shí)還造成一定的損耗，加上包裝、運(yùn)輸?shù)荣M(fèi)用，顯著增加了用酶的成本。把產(chǎn)酶過(guò)程集成進(jìn)纖維素生物煉制系統(tǒng)內(nèi)，可以去除酶制劑生產(chǎn)的后處理過(guò)程和保質(zhì)、儲(chǔ)運(yùn)的成本及損耗，并可通過(guò)就地利用纖維素加工中產(chǎn)生的廢棄物或副產(chǎn)物配制廉價(jià)的培養(yǎng)基，通過(guò)企業(yè)內(nèi)部的熱電平衡來(lái)進(jìn)一步降低產(chǎn)酶的成本，從而大幅度地降低酶解產(chǎn)糖的用酶成本。德國(guó)克萊恩（Clariant）公司在巴伐利亞州建立了年產(chǎn)1000噸纖維素乙醇的示范工廠，在其多年實(shí)驗(yàn)運(yùn)行中對(duì)集成現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)酶的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了詳細(xì)的比較分析[2]，發(fā)現(xiàn)可以使纖維素酶在乙醇總生產(chǎn)成本中的比例從外購(gòu)商品酶時(shí)的35%，或異地產(chǎn)酶時(shí)的28%，降低到集成現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)酶時(shí)的10%，而且可以做到成本和風(fēng)險(xiǎn)可控，使纖維素乙醇具備了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)性。

3 理性構(gòu)建纖維素酶高產(chǎn)菌株和高效降解酶系

采用現(xiàn)場(chǎng)就地產(chǎn)酶技術(shù)需要乙醇生產(chǎn)企業(yè)具有高效纖維素酶系的高產(chǎn)菌株和生產(chǎn)技術(shù)。山東大學(xué)長(zhǎng)期從事真菌纖維素酶的相關(guān)基礎(chǔ)和生產(chǎn)技術(shù)研究，通過(guò)篩選誘變獲得了一批纖維素酶高產(chǎn)菌株[3]。其中一些青霉菌株已被用于纖維素酶制劑的生產(chǎn)，在食品、飼料等工業(yè)領(lǐng)域得到了應(yīng)用。近年來(lái)，在國(guó)家“973”項(xiàng)目支持下，筆者研究團(tuán)隊(duì)對(duì)3株青霉菌株進(jìn)行了基因組學(xué)、分泌蛋白組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)的系統(tǒng)分析[4]。研究發(fā)現(xiàn)，所謂纖維素酶是由降解纖維素酶、半纖維素酶、果膠酶等數(shù)十種木質(zhì)纖維素酶組分組成的復(fù)雜酶系統(tǒng)，各種酶系組分通過(guò)協(xié)同作用來(lái)共同完成對(duì)植物纖維素類(lèi)底物的高效降解。與出發(fā)菌株相比，纖維素酶高產(chǎn)突變株不僅胞外蛋白質(zhì)的產(chǎn)量有所提高，而且纖維素、半纖維素降解酶系主要組分的比例均同步明顯提高，而淀粉酶和蛋白酶等其他酶系組分的比例則同時(shí)明顯下降，使纖維素降解酶系的比活力得到大幅度提高。因此筆者研究團(tuán)隊(duì)推測(cè)，不同酶系中各基因的表達(dá)是在轉(zhuǎn)錄水平上協(xié)同調(diào)控的[5]。通過(guò)對(duì)出發(fā)菌株與高產(chǎn)突變菌株中可能相關(guān)的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子基因堿基序列的比較，發(fā)現(xiàn)因碳降解物阻遏因子CreA的結(jié)構(gòu)基因上缺失了一個(gè)堿基而造成了移碼突變，使其部分喪失了介導(dǎo)降解物阻遏效應(yīng)的功能，是突變體纖維素酶產(chǎn)量提高的主要因素。而在淀粉酶激活因子ArmR和蛋白酶激活因子PrtT的基因啟動(dòng)子部位發(fā)現(xiàn)的堿基突變，則可以影響兩種轉(zhuǎn)錄激活因子的表達(dá)量，進(jìn)而導(dǎo)致淀粉酶和蛋白酶產(chǎn)量的下降，間接提高了纖維素酶系的比活力。為了闡明是否還有轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子會(huì)影響纖維素酶系的合成，筆者研究團(tuán)隊(duì)利用生物信息學(xué)分析了青霉的基因組，共預(yù)測(cè)到529個(gè)可能的轉(zhuǎn)錄因子基因，進(jìn)而使用已建立的高效基因敲除平臺(tái)[6]，對(duì)全部轉(zhuǎn)錄因子進(jìn)行了單基因敲除，建立起了含470個(gè)突變體的轉(zhuǎn)錄因子突變體文庫(kù)。通過(guò)對(duì)文庫(kù)的篩選鑒定，發(fā)現(xiàn)了20種與纖維素酶合成調(diào)控相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子[7]。其中，ClrB在纖維素酶合成中發(fā)揮關(guān)鍵的表達(dá)激活作用；新發(fā)現(xiàn)的ClrB-2也發(fā)揮一定的協(xié)同激活作用；XlnR主要促進(jìn)半纖維素酶的基因表達(dá)，同時(shí)在纖維素酶基因表達(dá)中與ClrB有協(xié)同作用；而AmyR本身的表達(dá)受ClrB的阻遏，同時(shí)參與了CreA對(duì)纖維素酶合成的抑制。多種轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子之間有直接的相互作用，共同完成了對(duì)碳源利用相關(guān)基因表達(dá)的精確反饋調(diào)控。

各轉(zhuǎn)錄因子自身的表達(dá)則受到不同碳源的誘導(dǎo)或阻遏。葡萄糖等易代謝碳源的存在會(huì)阻遏復(fù)雜多糖降解酶類(lèi)的合成。而組成型合成的少量纖維素酶降解胞外的纖維素所產(chǎn)生的纖維二糖等纖維寡糖，通過(guò)纖維寡糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞內(nèi)后，則會(huì)通過(guò)相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子，誘導(dǎo)纖維素降解相關(guān)酶基因的表達(dá)合成（圖1）。對(duì)纖維寡糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的過(guò)表達(dá)，特別是對(duì)胞內(nèi)β-葡萄糖苷酶基因的敲除，可以顯著提高纖維素酶的產(chǎn)量[8-9]。

圖1 纖維素酶基因合成調(diào)控機(jī)制CBH—外切纖維素酶；EG—內(nèi)切纖維素酶；BG—β-葡萄糖苷酶；Bgl2—胞內(nèi)β-葡萄糖苷酶2；GT—葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白；CDT—纖維寡糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白；CCR—碳降解物阻遏；CreA—碳降解物阻遏因子；AmyR—淀粉酶激活因子；ClrB—纖維素酶激活因子；XlnR—半纖維素酶激活因子；CK2—酪蛋白激酶2；ATP—腺三磷；cAMP—環(huán)腺一磷

在較深入地了解纖維素酶合成調(diào)控機(jī)制的基礎(chǔ)上，筆者研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)基因的多步遺傳操作（如過(guò)表達(dá)ClrB和XlnR，敲除CreA和Bgl2）[7，10]，重構(gòu)了青霉菌的纖維素酶合成調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，大幅度提高了纖維素酶的生產(chǎn)效率。同時(shí)，通過(guò)在高產(chǎn)菌株中過(guò)表達(dá)特定的酶系組分（如β-葡萄糖苷酶），明顯改進(jìn)了酶系的纖維素酶解效率[11]，為就地產(chǎn)酶提供了優(yōu)良產(chǎn)酶菌株。

4 木質(zhì)纖維素多產(chǎn)品聯(lián)產(chǎn)的生物精煉技術(shù)

石化產(chǎn)業(yè)獲得成功的根本經(jīng)驗(yàn)之一是利用催化裂化等技術(shù)將原油精煉成為多種石化產(chǎn)品，滿足了多樣的市場(chǎng)需求，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品價(jià)值的最大化。秸稈等植物生物質(zhì)的組成成分其實(shí)比原油更加復(fù)雜，只利用其中的部分組分轉(zhuǎn)化生產(chǎn)廉價(jià)的液體燃料，而不將其他組分也轉(zhuǎn)化成相對(duì)高值的產(chǎn)品，經(jīng)濟(jì)上很難具備競(jìng)爭(zhēng)力。為此，筆者研究團(tuán)隊(duì)于2005年在國(guó)際上率先提出了玉米芯生物精煉的集成創(chuàng)新技術(shù)：先從玉米芯中提取半纖維素，生產(chǎn)低聚木糖、木糖醇等高附加值產(chǎn)品，再用木糖渣就地生產(chǎn)纖維素酶和燃料乙醇，殘?jiān)械哪举|(zhì)素也提取出來(lái)用于生產(chǎn)化工產(chǎn)品，從而實(shí)現(xiàn)原料組分全利用、產(chǎn)物多樣化、價(jià)值最大化。技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析顯示，其乙醇生產(chǎn)成本接近或低于糧食乙醇成本。新技術(shù)于2012年在山東龍力生物科技公司正式實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化，成為國(guó)內(nèi)首家、也是目前唯一一家獲得國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)批準(zhǔn)的纖維素乙醇生產(chǎn)企業(yè)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。然而，由于玉米芯生物精煉的主要盈利產(chǎn)品低聚木糖和木糖醇的市場(chǎng)規(guī)模不夠大，激烈的競(jìng)爭(zhēng)造成了分散的小規(guī)模經(jīng)營(yíng)，木質(zhì)素產(chǎn)品的推廣應(yīng)用也需要時(shí)間，所以新技術(shù)一直未能得到廣泛推廣。進(jìn)一步完善相關(guān)生產(chǎn)技術(shù)，努力擴(kuò)大纖維原料種類(lèi)和聯(lián)產(chǎn)產(chǎn)品種類(lèi)，成為纖維素乙醇產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新方向。例如，河南天冠集團(tuán)提出了利用秸稈聯(lián)產(chǎn)燃料乙醇-沼氣/車(chē)用燃?xì)?熱/電-渣肥四類(lèi)產(chǎn)品的新技術(shù)路線，建設(shè)了萬(wàn)噸級(jí)示范工廠，進(jìn)行了試生產(chǎn)。只是由于后幾類(lèi)產(chǎn)品均不夠高值，仍在努力改進(jìn)新技術(shù)和提高經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力。

最近，山東泉林紙業(yè)集團(tuán)開(kāi)發(fā)出了秸稈清潔制漿及其廢液肥料資源化利用新技術(shù)（獲國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)），并成功在工業(yè)規(guī)模上獲得了推廣應(yīng)用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。山東大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)也在高效纖維素酶高產(chǎn)菌株構(gòu)建、戊糖/己糖共發(fā)酵釀酒酵母代謝工程改造[12]等方面獲得突破性進(jìn)展。在此基礎(chǔ)上，目前山東大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)正在與泉林紙業(yè)合作，開(kāi)發(fā)新的利用秸稈聯(lián)產(chǎn)本色紙漿-燃料乙醇-黃腐酸肥料的生物精煉技術(shù)（圖2）。

圖2 本色紙漿-燃料乙醇-黃腐酸肥料聯(lián)產(chǎn)的生物精煉技術(shù)路線

由于纖維素酶生產(chǎn)可以就地取材，利用自產(chǎn)的少量預(yù)處理漿和亞銨制漿黑液（含有大量能誘導(dǎo)產(chǎn)酶的纖維素和半纖維素來(lái)源的寡糖及殘銨等營(yíng)養(yǎng)物）配制廉價(jià)的培養(yǎng)基，結(jié)合采用流加補(bǔ)料培養(yǎng)等新型發(fā)酵技術(shù)，可使纖維素乙醇的酶解用酶成本降到很低。同時(shí)，通過(guò)戊糖和己糖同步糖化共發(fā)酵，可以大幅度提高原料的乙醇得率和發(fā)酵液的乙醇濃度。實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)結(jié)果的初步分析顯示，新技術(shù)的經(jīng)濟(jì)可行性明顯提高。目前，企業(yè)正在積極籌備開(kāi)展中試放大研究。新技術(shù)非常契合國(guó)家“十三五”發(fā)展規(guī)劃中實(shí)現(xiàn)秸稈綜合利用85%以上、大力發(fā)展纖維素乙醇等目標(biāo)要求，且具有技術(shù)已經(jīng)比較成熟、3種產(chǎn)品（紙漿、乙醇和肥料）均有巨大市場(chǎng)的明顯優(yōu)勢(shì)，具有良好的發(fā)展前景。

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Breakthrough point for commercialization of cellulosic ethanol：Integrated biorefinery with on-site cellulase production

QU Yinbo1， BI Yanjin2， LI Xuezhi1，ZHAO Shujing2， HAN Xiaolong1，YAN Junqing2，DU Jian1，LI Hongwei2

1. State Key Laboratory of Microbial Technology, National Glycoengineering Research Center, Shandong University, Jinan 250100, China
2. Institute of Science and Technology, Shandong Tranlin Group, Liaocheng 252800, China

Cellulose ethanol industry can play a signif cant role in the use of renewable resources, environmental pollution control, agricultural industry chain extension, the development of rural economy, and farmers’ employment. However, its production cost is still high and so far hasn’ t achieved large-scale industrialization. We have developed integrated multiproducts bioref nery with on-site enzyme production technology to achieve a breakthrough in large-scale industrialization of cellulosic ethanol. At the same time, the concept of refining to maximize the interests and improving the economic competitiveness of comprehensive processing with that of grain and oil products is introduced. Based on the development of corncob bioref nery to produce xylose products-ethanol-lignin, cellulosic ethanol production was industrialized successfully. Recently, a straw bioref nery process to produce pulp-ethanol-fulvic acid fertilizer together is being explored, with expect to establish a larger-scale lignocellulosic bioref nery industry.

cellulosic ethanol; integrated biorefinery; on-site enzyme production; cellulases; pentose/hexose cofermentation

10.3969/j.issn.1674-0319.2017.03.005