参考文献
Pierror P，Fick M，Engasser J M. Continuous acetone–butanol fermentation with high productivity by cellultra filtration and recycling. Biotechnol Lett，1986，8：253-256.
参考文献
Mutschlechner O，Swoboda H，Gapes J R. Continuous two-stage ABE-fermentation using Clostridium beijerinckii NRRL B592 operating with a growth rate in the first stage vessel close to its maximal value. J mol microbiol biotechnol ，2000， 2：101-105.
建成或恢复生产，预计完全投产后国内 ABE发酵生产将达到年产100万吨的 规模。
2 纤维素丁醇发酵
一般的ABE发酵中，丁醇产率较低 [＜0.5 g/（L·h）]，远低于其他化工品的
表 1 1980年代前世界主要ABE发酵企业
时间
地点
原料
注释
1913~1914 年 雷纳姆，英国
土豆淀粉
混合菌发酵工艺
1916~1918 年 多伦多，加拿大
2014.04(7月). 生物产业技术 59
技术 讲座
参考文献
Gabriel C L，Crawford F M. Development of the butyl-acetonic fermentation industry. Ind Eng Chem，1930，22:1163-1165.
参考文献
Panagiotou Gi，Olsson L . Effect of compounds released during pretreatment of wheat straw on microbial growth and enzymatic hydrolysis rates. Biotechnol Bioeng，2007，96：250-258.
发酵模式进行研究；中国主要采用淀粉 类原料，以C.acetobutylicum 进行丁醇生 产。中国第一个生物丁醇厂建于1960年 代，年产量达到17万吨。由于受石化工 业的冲击，到1990年代，世界上大部分 生物丁醇厂基本上处于停产或半停产状 态 。近年来，随着生物丁醇产业受到越 来越多的重视，国内又有一批发酵企业
淀粉
1917~1918 年 1920~1935 年
泰瑞豪特，美国
玉米淀粉， 糖蜜
1923~1935 年
皮奥瑞亚，美国
玉米淀粉， 糖蜜
1930s
费城和波多黎各， 美国以及埃及、印
度和澳大利亚
糖蜜
C. acetobutylicum 发酵工艺 年产 6000t 丁醇和 3000t 丙酮
两步蒸馏
自 1920 年开始，以丁醇作为主要产物。 1923 年曾发生噬菌体感染
2.1.1 预处理
预处理的目的是通过打破木质素的 致密结构与降低纤维素的结晶度来促进 纤维素酶与纤维素的接触，从而提高纤 维素酶水解效率。理想的预处理方法应 该满足以下几个特点：①大大提高酶解 效率，在小于10 FPU/g底物条件下，经过
参考文献
Lee J，Mitchell W J，Tangney M，et al. Evidence for the presence of an alternative glucose transport system in Clostridium beijerinckii NCIMB 8052 and the solvent-hyper producing mutant BA101.Appl Environ Microbiol，2005， 71（6）： 3384-3387.
doi:10.3969/j.issn.1674-0319.2014.04.006
为促进纤维素丁醇产业的发展，并为生物丁醇研究提供借鉴，文章介绍 了生物丁醇发展的历史与其工艺流程，分析了纤维素丁醇生产中不同技术的 优缺点以及瓶颈。同时结合生物炼制技术，提出提高其生产性能的建议。
1 生物丁醇历史
生物丁醇发酵是一项传统的大宗 发酵，自1910年代开始进行生物丁醇研 究，已经经历了近百年的历史，是仅次 于酒精发酵的世界第二大发酵工业。 1861年Louis Pasteur首先提出以生物法 进行丁醇生产 。1911年Fernbach分离 获得一株可以利用土豆淀粉生产丁醇的 菌株，该菌株在1913年~1914年被用于 工业生产。1912年Chaim Weizmann成功 获得一株能够利用淀粉进行丁醇生产的 菌 株 即 著 名 的 丙 酮 丁 醇 梭 菌C l o s t r i d i u m acetobutylicum。该菌在利用淀粉生产丁 醇的同时副产丙酮和乙醇，丁醇产量大
以木质纤维素原料生产生物丁醇的 过程可以分为原料水解为单糖（上游工 艺）、单糖发酵产丁醇（中游工艺）和 发酵液中丁醇分离（下游工艺）三步。
2.1 上游工艺
上游工艺主要包括预处理、水解和 脱毒。原料和发酵工艺的不同，上游处
图1 生物丁醇生产流程图
理过程也有不同（图1）。木质纤维素原 料以其丰富和可再生的特性，被认为最 有潜力的原料来源。木质纤维素原料主 要包括35%~50%的纤维素、25%~35%的 半纤维素和10%~25%的木质素。木质素 与纤维素、半纤维素以化学键结合，构 成细胞壁的主要成分。木质纤维素原料 的酶水解 特性与该结构抗化学及酶的水 解能力有密切关系。
以木质纤维素原料生产生物丁醇的 研究进展
张 杰1 王明钰2 张晓东1 方 诩2 李红震3，4 （1 山东省科学院能源研究所，济南 250014； 2 山东大学微生物技术国家重点实验室，济南 250100； 3 山东省秸秆生物炼制技术重点实验室，禹城 251200；4 山东龙力生物科技股份有限公司，禹城 251200）
产量为 3000~10 000 吨 / 年 总溶剂产量为 170 000 吨 / 年
1947~1957 年 中国台湾，中国
糖蜜
利用 C.toanum Baba 菌株
60 生物产业技术 2014.04(7月).
产率[2~40.5 g/（L·h）]。如何提高生物丁 醇生产的经济性，是生物丁醇研究及其 产业化发展的核心问题。长期以来，研 究者针对生物丁醇发酵的原料来源、发 酵工艺及分离工艺开展了大量的研究工 作，取得了一定的进展。自20世纪末， 生物丁醇研究的重点主要集中于以廉价 可再生的木质纤维素为原料进行生物丁 醇生产。
大提高 。自1920年，丁醇被作为ABE （丙酮-丁醇-乙醇）发酵的主要产物进行 了工业化生产。
1920~1980年代，世界上多个国家 进行了生物丁醇的工业化生产（表 1 ） 。 其中，前苏联在Dokshukino的生 物丁醇厂采用了当时最先进的生物丁醇 生产工艺。通过选用优秀菌株、先进的 原料处理方法，结合合理的装备，采用 连续性生产工艺进行丁醇生产。1980年 代~1990年代，法国与奥地利进行ABE 工艺的的中试研究。法国主要是专注于 利用谷物秸秆、玉米秸秆水解液及甜菜 进行生物丁醇生产；奥地利则主要是以 土豆为原料，对批次、批次补料及连续
参考文献
Ballongue J，Amine J，Masion E，et al. Regulation of acetate kinase and butyrate kinase by acids in Clostridium acetobutylicum FEMS. Microbiol Lett，1986，35：295-301.
通讯作者简介
方诩，博士，山东大学生命科学 学院微生物技术国家重点实验室、国家 糖工程技术研究中心教授兼博士生导 师。中国可再生能源学会生物质能专 业委员会第九届常委，教育部新世纪 优秀人才，山东省“泰山学者海外特 聘专家”。主要研究领域有：生物质 能技术、微生物生理代谢、生物化学 工程等。
Tel:0531-88364004 E-mail:fangxu@
Qureshi N, Hughes S，Maddox I S, et al. Energy efficient recovery of 1-butanol from model solutions and fermentation broth by adsorption. Bioprocess Biosyst Eng，2005，27：215-222.
参考文献
Sukumaran R K，Singhania R R，Pandey A. Microbial cellulases–production，applications and challenges. J Sci Ind Res ，2005，64：832-844.
参考文献
Arsson S，Reimann A，Nilvebrant N O，et al. Comparison of different methods for the detoxification of lignocellulose hydrolyzates of spruce.Appl Biochem Biotech，1999，77-79：91-103.
玉米原料丰富， 泰瑞豪特工厂噬菌体感染后，新建厂
总反应装置为 18 168m3 利用发酵尾气催化生产甲醇 利用抗噬菌体的 C.saccharobutylicum 菌株
1940s ~1960s
日本
糖蜜
利用 C. saccharoperbutylacetonicum 菌株
1935 年 ~1950s 前期
参考文献
Oudshoorn A，vanderWielen LAM， Straathof AJJ. Assessment of options for selective 1-butanol recovery from aqueous solutions. Ind Eng Chem Res，2009，48：7325-7336.