树干毕赤酵母多级连续戊糖发酵生产乙醇开题报告

1. 研究目的与意义

①木糖发酵生产乙醇影响因子的优化

②单罐木糖发酵生产乙醇

③木糖多级连续发酵制备燃料乙醇工艺

2. 国内外研究现状分析

燃料乙醇与普通汽油相比，具有燃烧更完全，CO2排放量低，燃烧性能与汽油相似等优良特性，是一种最有发展前景的液态燃料。在汽油中掺入10%-15%的乙醇可使汽油燃烧得更完全，减少CO2的排放量。汽油中加入10%乙醇可代替无铅汽油增氧剂（MTBE，甲基叔丁基醚）配制无铅汽油。MTBE有很强的毒性和致癌性，易渗入地下造成水污染。美国联邦政府下令2004年前彻底取消MTBE并建议改用乙醇[。国家发改委和财政部领导认为推广燃料乙醇在替代能源、缓解环境压力、促进农业产业化方面具有战略意义[5]。

乙醇是一种通过糖发酵的可再生资源，传统的乙醇发酵是以农作物(糖蜜、淀粉类物质)为原料，工艺已经很成熟。但由于农作物同时又为人类提供粮食所需，粮食是人类赖以生存的重要资源，随着世界人口的急剧膨胀，粮食短缺也成为人类亟待解决问题之一，因此用粮食生产乙醇的发展规模将受到限制[1]。但地球上有着丰富、廉价的可再生植物纤维资源，是取之不尽、用之不竭的资源。如果将全世界的农林废弃物资源转化为乙醇，其每年的世界乙醇产量将为现有乙醇产量的16倍[2]。据测算，我国每年仅农秸杆资源的一半转化为乙醇，它的量将超过我国年汽油消耗量的1.2倍以上[3]。因此开发纤维素的转化技术，将秸杆、蔗渣、废纸、垃圾纤维等纤维素类物质高效地转化为糖，进一步发酵成酒精，对开发新能源，保护环境，满足人类对液体能源的大量需求，具有非常重要的现实意义，并且这一计划已列入我国的十五、十一五科技发展计划中[4]。

3. 研究的基本内容与计划

2.1木糖发酵代谢途径

酵母发酵生成乙醇的代谢机理所示。酵母木糖代谢的途径比葡萄糖代谢的途径复杂得多，在代谢过程中部分木糖转化为其他副产物木糖的异构化是微生物木糖代谢的最初生化反应在酵母菌中，需经过2步氧化还原反应将木糖转化为木酮糖：首先在依赖于nad(p)h的木糖还原酶（xr，ec1.1.1.21）的作用下将木糖转化为木糖醇然后依赖于nad 的木糖醇脱氢（xdh，ec1.1.1.9）的作用将木糖醇转化为木酮糖，木酮糖经木酮糖激酶（ec2.7.1.17）作用磷酸化后进入磷酸戊糖循环(pentosephosphatepathway，ppp途径)再生成3－磷酸甘油酸（g3p）和6－磷酸果糖（f6p），二者可借助于糖酵解（glycolysis，emp）途径最后生成乙醇和co2。其总反应式为：

3c5h10o5→5c2h5oh 5co2

由于酵母代谢木糖的途径比代谢葡萄糖复杂得多，在代谢过程中部分木糖没有转

4. 研究创新点

(1)采用混合菌种分别固定化co-culture发酵，实现戊糖、己糖同步发酵，并且对发酵过程用响应面设计做优化

(2)通过对几组多级连续高细胞密度发酵模式的比较找到一组更经济的发酵模式，为燃料乙醇工业化提供理论参考