• 营养缺陷型菌株的筛选 • 抗性突变株的筛选 • 温度敏感突变型筛选 • 抗反馈调节突变株的筛选 • 组成型突变株的筛选
诱变育种实例
• 樊梓鸾对热带假丝酵母2.402进行紫外诱变，通过初筛、复筛， 获得一株耐酸耐乙醇的酵母菌株UV2。在pH3.5和10％乙醇的培 养基中，表现出良好的发酵性能。在此条件下进行乙醇发酵试 验，乙醇转化率可达0.329g/g底物，同时诱变菌株与出发菌株相 比，乙醇转化率提高了28.57%。连续传代10次发酵性能无明显 变化，表明菌株具有一定的遗传稳定性。
第三，秸秆等纤维素类农业废弃物大量存在，比如中国每年 农业生产大约产生7亿吨秸秆，供给非常充足。
我国纤维素乙醇产业化发展现状
• 河南天冠集团2006年6月26日，河南天冠集团建成投产 了我国首条秸秆乙醇中试生产线，标志着我国在生物 质能源利用领域已跻身世界行列。目前，在河南天冠 集团，一条年产300t乙醇的中试生产线已建成投产， 6t麦秸可变成1t乙醇。
机械粉碎法
化学法
酸法 碱法 有机溶剂法
蒸汽爆破法
SO2爆破法 CO2爆破法
氨纤维爆破法
纤维素酶的生产和纤维素水解技术研究
纤维素酶高产菌种的筛选和诱变育种
• 目前，用于生产纤维素酶的微生物大多属于真菌。研究得较多 的有木霉属、曲霉属、青霉属等。其中木霉、青霉产生的纤维 素酶活力往往最高，酶组分最全。因而应用也最广泛。曲霉和 根霉产生的主要是内切型纤维素酶，多用于纺织和造纸等纤维 的表面加工。
种新酶，配制成新的复合酶制剂，提高了酶系的降解能力，结 合NREL预处理技术的进步，使玉米秸产乙醇用酶的成本降至原 来的1／30，从2001年的每加仑5美元到2005年的每加仑10—18美 分。通过技术进步，杰能科的酶成本也降至原成本的1／30。美 国能源部认为酶处理成本已不再是产业化的主要障碍。
乙醇发酵菌种选育及发酵过程调控——汪吴
纤维素酶生产技术 • 纤维素酶的生产可采用液体培养和固体培养两类方法。
• 我国采用的固体培养方法包括薄层的曲盘培养、帘子培养和厚 层的通风培养等。生产上常用的是厚层通风培养，亦称厚层通 风曲或箱曲，设备比较简单，易于推广，但容易污染杂菌，温 度和湿度不易控制，大规模生产难于稳定。
• 在美国能源部的支持下，杰能科(Genencor International)和诺维信 (Novozymes A／S)两家酶制剂公司加大了研究力度，努力增加酶 活和降低生产成本，取得了引人注目的结果。诺维信鉴定出多
CANADA Iogen 使用麦秆和其他废弃物为原料，稀酸结合蒸
汽气爆预处理技术，年产32万升乙醇 SunOpta公司采用稻草、 玉米秸秆、甘蔗渣等为原料生产各种生物转化产品，如纤维质乙 醇、纤维质丁醇、木糖醇和膳食纤维等。技术是高压下连续气爆 处理生物质，每小时处理原料500kg
日本 全国每年有1000万t废木屑，不少企业利用自行开发的技术
自然筛选
• 优点：简单易行，可以达到纯化菌种、防止菌种衰退、稳定生 产、提高产量等目的。
• 缺点：效率低、进展慢，很难使生产水平大幅度提高。
诱变育种
化学诱变剂:硫酸二乙酯(DES)、亚硝基胍 (NTG)、亚硝酸(NA)、 氮芥(NM)、羟胺等
物理诱变剂:如紫外线、X-射线、-射线、快中子、超声波等
纤维素乙醇发酵
汪吴 邓玲玲 张欣 张忆雪
2010001265 2010001289 2010001290 2010001291
研究背景
• 随着化石能源的渐趋枯竭 • 粮食危机的不断出现 • 能源需求不断加大和油价持续上升等因素的影响 • 人们越来越认识到寻求清洁、可再生能源的迫切性。因此，越
来越多的国家已将生物质能源产业作为一项重大的国家战略推 进，纷纷投入巨资进行生物质能源的研发。
• 上海华东理工大学能源化工系，承担国家863项目的 “农林废弃物制取燃料乙醇技术”研究，近年已进入 工业性试验阶段。已建成年产燃料乙醇600t的示范工 厂，接下来的问题就是如何产业化。
国家科技支撑计划
• 秸秆乙醇关键技术研究及产业化示范项目已于2008年6月上旬获 得科技部批复，列入“十一五”国家科技支撑计划组织实施。
第二代生物燃料
• 第二代生物燃料以秸秆、草和碎木等农业废弃物或非粮作物为 主要原料，又被称为纤维素乙醇，或非粮生物燃料。
与第一代生物燃料对比
首先，汽车发动机不需要改造就可以直接使用掺入了生物乙 醇的汽油或柴油；
其次，生产第二代生物乙醇的催化酶技术未来几年成本还将 快速下降，大规模工业生产的可行性非常强；
或引进美国技术开展了以废木屑为原料生产燃料乙醇的工业试验。 2003年5月投资5亿日元建成工试，目前日产乙醇2.50t。试成后拟建 200t/d的商用装置，成本目标为25日元/L，将低于美国现有水平。
EUROPE Abengoa 是欧洲最大的乙醇生产厂，同时也是世界排名第
二的生产厂家，是以小麦秸秆为原料生产乙醇的瑞典生产商。目前， Abengoa 正努力建两个生物质乙醇厂，一个在西班牙，一个在美国， 两个都在施工过程中，他们的目标是在2011年前使该技术商业化。 瑞典Etek中试乙醇厂日产量400～500升乙醇，每日需要消耗锯末或其 他纤维质原料2t(以干物质计)。
纤维素乙醇产业化亟待解决的关键技术
• 原料分散，季节性强，难以收集、运输，增加了成本
1
• 原料需进行复杂的预处理
2
• 纤维素酶的生产效率低、成本较高
3
• 构建能高效利用五碳糖和六碳糖的菌种
4
Байду номын сангаас
国内外预处理方法的研究动态
生物法
物理法
化学法
物理化学结 合法
物理法
液态热水法
微波和超声波 处理
冷冻粉碎
• 中国科学院于2007 年12月中旬启动“纤维素乙醇的高温发酵和 生物炼制”重大项目。
国外纤维素乙醇产业化发展现状
USA 世界的前列 1998.10第一家商业性转化纤维质酒精的
工厂由BC International开始，以蔗渣和稻壳为原料，年产酒 精20×106加仑，成本为0.24-0.34.此外加利福尼亚和纽约城市 垃圾生产酒精正在建设中
一、纤维素乙醇发酵菌种选育
• 理想的生物质乙醇发酵菌应能发酵所有生物质来源的糖，具有 对木素单体、乙酸和其它抑制性副产物的良好抗性，并同纤维 素完全水解所需的纤维素酶有协同作用。
木糖发酵菌株选育方法
• 从自然界中筛选戊糖发酵菌种 • 诱变育种 • 采用原生质体融合技术 • 基因工程在菌种选育上的应用