鲜甘薯发酵生产高浓度乙醇的技术

乙醇作为燃料可以改善能源结构,减少对石油进口的依赖.高浓度发酵技术是一种生产燃料乙醇的新兴技术,有利于降低乙醇的生产成本.本研究采用酿酒酵母以鲜甘薯为底物进行了快速高浓度乙醇发酵的研究.对高浓度乙醇发酵的影响因素如发酵促进剂种类和浓度、无机盐、维生素及初糖浓度进行了探讨,获得了最佳发酵培养基配方,确定最适发酵促进剂为B,浓度为1.20 g kg-1,不需要添加无机盐和维生素,初糖浓度为270 g kg-1.在最适条件下,28 h可生产乙醇132.86 g kg-1,乙醇发酵强度达4.74 g kg-1h-1,发酵效率达91.44%.发酵规模放大至10 L时,28 h可产生乙醇131.71 g kg-1,乙醇发酵强度为4.70 g kg-1h-1,发酵效率为90.53%.图3表3参16     

Optimization of fermentation process for saccharide-based fuel ethanol production by Saccharomyces cerevisiae北大核心CSCD

低成本、高产量的发酵工艺是实现工业燃料乙醇经济和环境可持续性发展的关键,而不需要重大基础设施改变或投资.为获得酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)利用甘蔗汁生产燃料乙醇的最优发酵工艺,首先对发酵体系的氮源条件进行优化;其次,在单因素试验基础上,以乙醇发酵效率为响应值,通过响应面法优化了燃料乙醇生产的发酵工艺,并通过补料分批发酵技术在5 L发酵罐中进一步扩大发酵.结果表明,以1.0 g/L (NH)SO和1.0 g/L酵母提取物作为发酵氮源,乙醇发酵效率和得率比对照可分别提高4.80%、9.52%.响应面设计获得的最优发酵工艺条件为在总糖浓度150.0 g/L、酵母提取物浓度2.0 g/L、发酵时间24.5 h、pH5.0、外加(NH)SO浓度1.0 g/L时,最高乙醇发酵效率可达到91.10%.在5 L发酵罐中采用补料分批发酵获得的最终乙醇浓度达到98.92 g/L,发酵效率维持在90%左右,乙醇生产力最高达到3.81 g Lh.本研究获得了一种高效生产糖质燃料乙醇的发酵工艺,可在较短时间内获得高浓度乙醇且消耗较少氮源,结果可为进一步利用糖质原料进行高效生物炼制及高浓度乙醇工业化生产提供参考.(图6表6参30)     

木质纤维素生产燃料乙醇的关键技术研究现状

木质纤维素是自然界广泛存在且廉价的可再生资源.其主要成分纤维索、半纤维素是潜在的燃料乙醇生产原料.虽然由木质纤维素生产燃料乙醇的技术路线已具可行性,但存在着具体工艺环节复杂、生产能耗高等局限,严重阻碍了其规模化生产.目前纤维素燃料乙醇生产主要围绕预处理、酶解、发酵三大关键步骤进行技术攻关,其中预处理的能耗和效率、发酵过程的五碳糖利用等问题成为该工艺的重要制约因素.本文在综述国内外纤维素乙醇生产关键步骤的基础上,着重分析了各种物理、化学和生物预处理的优缺点以及新兴的预处理思路,归纳了各类纤维素乙醇生产菌的特点,包括耐高温和五碳糖的利用,并介绍了当前主要的发酵方式和优化措施,以期为木质纤维素生产乙醇提供新的研究思路.表5参86     

混合培养微生物利用甘油补料发酵生产乙醇研究

采用浸麻芽孢杆菌和红曲菌990691用甘油混合发酵生产乙醇.结果表明,分批发酵中高浓度的甘油对乙醇发酵有着较强的抑制作用,分批发酵最佳甘油浓度为0.217 mol L-1.在分批发酵的基础上补料发酵,考察了不同甘油浓度的补料液和不同补料时间对乙醇发酵的影响.最终确定乙醇补料发酵较优的工艺条件为:反应器1 L,装液量700 mL红曲发酵液,甘油初始浓度为0.217 mol L-1,以补料方式每隔60 h分5次补加0.217 mol L-1甘油浓度的红曲发酵液,每次补加100 mL,发酵培养360 h.当乙醇最高浓度达0.221 mol L-1,乙醇总产率0.628 mmol h-1,乙醇/甘油转化率达87%(mol mol-1).与分批发酵相比,补料发酵很大程度解除了高浓度甘油的抑制作用,有效地利用了甘油,提高了乙醇的产量,且乙醇产率较为稳定.     

运动发酵单胞菌共表达α-淀粉酶和葡萄糖淀粉酶发酵甘薯生产乙醇

运动发酵单胞菌是乙醇发酵的极佳菌种,但其所能利用的发酵底物范围狭窄,不能利用淀粉作为发酵底物.为增加其利用底物的范围使其能够水解淀粉,本研究构建了3种表达淀粉酶的运动发酵单胞菌菌株:1)Zymomonas mobilis(pAmyE)表达α-淀粉酶;2)Z.mobilis(pGA)表达葡萄糖淀粉酶;3)Z.mobilis(pAmyGA)共同表达α-淀粉酶和葡萄糖淀粉酶.DNS法测定淀粉酶活显示,每种转化菌株的胞外淀粉酶活性均高于胞内,且两种淀粉酶共表达的酶活高于这两种淀粉酶单独表达的酶活之和,说明这两种淀粉酶能够协同作用降解淀粉.对于重组菌株Z.mobilis(pAmyGA),约59.3%的淀粉酶活性都在胞外检测到.用淀粉含量高且耐贮存的徐薯18匀浆加少量葡萄糖作为培养基直接用上述3个菌株发酵生产乙醇.结果显示,共表达α-淀粉酶和葡萄糖淀粉酶的重组菌株Z.mobilis(pAmyGA)的乙醇产量为54.7 g/L,达到了理论值的83.2%,表明本研究得到了能够直接高效利用淀粉生产乙醇的运动发酵单胞菌的菌株.     

细胞表面展示木聚糖酶对纤维素酶水解底物的协同促进作用

为了解木质纤维素水解过程中木聚糖酶作为辅助酶对纤维素酶的协同促进作用,采用实验室保存的单展示3种纤维素酶(内切葡聚糖酶EGII、外切葡聚糖酶CBHII和β-葡糖苷酶BGLI)和2种木聚糖酶(β-D-1,4内切木聚糖酶Xyn II和β-D-1,4外切木聚糖酶Xyl A)的酿酒酵母功能菌群,以蒸汽爆破玉米秸秆为底物进行乙醇发酵实验(SSF).结果显示,以蒸汽爆破玉米秸秆为底物时,加入纤维素酶和木聚糖酶共发酵96 h的最高乙醇浓度达到0.695 g/L,乙醇产率为0.254 g/g,相当于理论值的49.8%,纤维素酶与木聚糖酶之间的协同因子(DS)最高达到1.16(始终大于1).本研究表明在细胞表面展示体系中适量添加木聚糖酶对纤维素酶水解底物具有较明显的促进作用,为直接以木质纤维素为原料制取纤维素乙醇提供了一定的可行性依据,可通过调节单展示酵母细胞在菌群间的动态比例实现对酶协同作用的优化调控.     

利用Golden Gate “One-POT”技术组装运动发酵单胞菌转录单元

为研究运动发酵单胞菌合成生物学及代谢工程,评估运动发酵单胞菌内源启动子及终止子,需要建立一种方便有效的多基因代谢途径组装方法.通过Golden Gate方法构建了一个含有运动发酵单胞菌乙醇脱氢酶2编码基因启动子区(P_(adh2))、丙酮酸脱羧酶编码基因终止子区(T_(pdc))和绿色荧光蛋白开放阅读框(gfp)的人工转录单元.将含有IIS型限制内切酶Bbs I识别和酶切序列的特异性接头添加到P_(adh2)、T_(pdc)和gfp序列两侧,从而保证在一个反应体系中完成上述3个生物元件的酶切和连接,因此该技术被称作"One-POT".插入上述人工转录单元的穿梭质粒导入大肠杆菌和运动发酵单胞菌后可检测到发出绿色荧光的细胞.结果显示通过Golden Gate方法可有效组装转录单元所需DNA生物元件.本研究不仅可为运动发酵单胞菌合成生物学和代谢工程研究,尤其是设计多基因代谢途径组装方面提供技术工具,也可为评估运动发酵单胞菌内源启动子和终止子提供一种有效方法.     

工业酿酒酵母菌株KF-7对发酵抑制物的耐受性

木质纤维素原料预处理过程中产生的抑制物是燃料乙醇发酵的一大障碍,要求工业酿酒酵母菌株具有优秀的抑制物耐受能力.利用平板培养和批次发酵两种方式系统评价了弱酸抑制物(乙酸、甲酸、乙酰丙酸)、呋喃类抑制物[糠醛和5-羟甲基糠醛(HMF)]、酚类抑制物(香草醛、丁香醛、苯酚)对工业酿酒酵母菌株KF-7生长和发酵的影响.结果显示,菌株KF-7在批次发酵时细胞生长对抑制物的耐受性优于平板培养.低浓度的抑制物虽然对菌株的生长有一定的抑制作用,但对乙醇的产生具有一定的促进作用;高浓度抑制物显著抑制了菌株的生长,降低了葡萄糖的代谢速率,抑制了乙醇的产生.菌株KF-7对甲酸耐受能力强于乙酸,对乙酰丙酸的耐受能力较弱.在平板生长评价中,糠醛对菌株生长的抑制作用强于HMF,但在批次发酵过程中HMF的抑制作用强于糠醛;该菌株代谢糠醛的能力强于代谢HMF的能力.香草醛对菌株的抑制作用最强,丁香醛相对较弱.在秸秆水解液中,菌株KF-7也表现出良好的乙醇发酵性能.菌株KF-7无论在单一抑制物、混合抑制物或实际水解液条件下发酵,均能达到较高的乙醇收率.本研究表明,菌株KF-7适用于纤维素原料燃料乙醇工业化生产过程.     

过表达分支酸歧化酶编码基因ARO7对酿酒酵母抑制物耐受性的影响

利用纤维素原料生产乙醇一直是国内外研究的热点,但纤维素预处理过程产生的弱酸、酚类和糠醛等抑制物对酿酒酵母细胞生长和乙醇发酵具有抑制作用,因此,提高酿酒酵母细胞的环境胁迫耐受性是提高纤维素乙醇发酵效率的重要手段之一.对芳香族氨基酸代谢途径中分支酸歧化酶基因ARO7的过表达对酿酒酵母在胁迫条件下细胞生长和乙醇发酵性能的影响进行研究.结果显示,过表达ARO7的重组菌株在含有5.0 g/L乙酸的平板中生长优于对照菌株;在含有5.0 g/L乙酸的发酵培养基中进行乙醇发酵,过表达ARO7的重组菌株的发酵效率高于对照菌株,在菊芋秸秆水解液中ARO7过表达重组酵母菌株乙醇得率由对照的0.44 g/g提高到0.47 g/g葡萄糖,乙醇生产强度提高了22.38%.以上表明,ARO7的过表达可提高酿酒酵母在抑制物存在条件下纤维素乙醇的发酵效率.     

混合菌群产氢特性研究

对产氢菌株进行筛选,得到一组可以在微氧条件下高效产氢的微生物菌群.此菌群在0～15%O2浓度下都可以产氢,具有较高的耐氧产氢特性.该混合菌群可利用甘露醇、葡萄糖、蔗糖、乳糖、淀粉为底物产氢,其中甘露醇为最适底物.最适产氢温度、pH值、仞始氧气浓度分别为33℃、7.0、2.72%.在此条件下,以片露醇为碳源(5.0 g/L),产氢效率可达到324.18 mL(H2)/g(甘露醇).对该产氢体系发酵末端产物的液相分析显示乙醇占76%～93%,表明该产氢体系为乙醇型发酵.通过PCR-DGGE方法进行菌群分析,发现不同初始氧浓度下菌群分布有一定差异,但克氏杆菌在各种氧浓度下的混合菌群中都占明显优势,是主要的产氢菌.图8表1参25     

基于连续发酵驯化的高耐盐性酿酒酵母的育种

耐盐酿酒酵母菌株的育种对降低燃料乙醇生产成本具有重要意义.以具有优秀乙醇发酵能力的工业酿酒母菌株KF-7为出发菌株,通过连续发酵、产孢子及孢子培育、交配等获取稳定耐盐菌株.在盐胁迫条件下利用连续乙醇发酵驯化获得了耐盐突变菌株KF-7(4).在此基础上,通过孢子分离、培养、评价和交配,获得两株耐盐二倍体菌株KF-7(4)-3与KF-7-D1.这3株耐盐菌株在50次转接过程中保持着稳定的耐盐性.并且在9%KCl浓度下,3株耐盐菌株的乙醇发酵能力显著优于出发菌株KF-7:在15%YPD培养基中,发酵36 h时的乙醇浓度比出发菌株KF-7提高了21%.有盐和无盐条件下发酵过程中胞内海藻糖含量分析表明,突变菌株KF-7(4)和菌株KF-7(4)-3即使在无盐条件下的海藻糖积累能力明显高于出发菌株KF-7.本研究获得的变异酿酒酵母菌株具有较高的耐盐性和稳定性,耐盐性与胞内海藻糖积累能力提高相关.因此,基于连续发酵的进化工程手段可以有效地用于培育具有某种稳定性状的酿酒酵母菌株.     

以玉米粉/废弃毕赤酵母为混合原料高效发酵丁醇

丙酮丁醇梭菌发酵生产ABE(丙酮-丁醇-乙醇)溶剂的传统原料是玉米淀粉,价格贵,生产基本亏损.重组毕赤酵母废弃物含有丰富的碳水化合物和蛋白质,有望替代淀粉原料.采用NaOH处理固态废弃毕赤酵母形成废酵母固/液悬浊液,发酵通过降低初始玉米粉用量并在ABE发酵进入到产溶剂期后添加废酵母悬浊液进行.对初始玉米粉用量、废酵母/NaOH投料量进行了优化,结果表明:它们的最佳用量分别为8%、80 g/L、6-10 g/L.在此条件下,100 mL厌氧瓶下的丁醇产量可以稳定在9.0-12.0 g/L的较高水平,比8%玉米粉培养基的对照提高80%-120%,与15%玉米粉培养基的对照基本持平;与对照组相比,总糖的利用效率可以从50%大幅提高到超过90%的水平;玉米粉用量可以节省57%以上;酵母废弃物最多有52%的碳水化合物可以有效地转化成气体/液体产物.本研究表明以玉米粉/废弃毕赤酵母为混合原料发酵丁醇,可以同时实现固体废物的资源化和减量化、淀粉原料的高效利用和节省化,提高了ABE发酵的综合经济性能.(图3表6参23)     

混合糖发酵条件下甲酸抑制木糖发酵的机制

纤维素燃料乙醇生产面临的一个重要问题是纤维素原料预处理过程中产生多种副产物会显著抑制酿酒酵母的生长繁殖和发酵,其主要成分弱酸类中甲酸被认为具有最强的抑制效应.为了解工业酿酒酵母混合糖发酵时木糖利用被甲酸特异性显著抑制的机制,为发酵菌株的抑制物耐受育种提供依据,以乙酸存在条件下的发酵为对照,研究甲酸存在条件下菌株分别发酵混合糖和单独木糖时的发酵性能以及糖代谢相关基因的表达差异、葡萄糖浓度对菌株发酵木糖和木糖代谢基因表达的影响,同时研究甲酸存在条件下葡萄糖代谢产物乙酸和乙醇对菌株发酵木糖的影响以及混合糖和单独木糖发酵过程中甲酸浓度变化和甲酸脱氢酶基因FDH1转录情况.结果显示:葡萄糖只有在甲酸存在条件下才特异性地显著抑制木糖发酵,木糖消耗速率的下降与木糖还原酶(XR)和木糖醇脱氢酶(XDH)酶活下降有关;单独木糖发酵时,只有当乙酸、乙醇和甲酸共存时才表现出抑制效应,且随乙醇浓度增加抑制效应越明显,木糖发酵被抑制与XDH酶活下降有关,但乙酸、乙醇和甲酸三者对木糖发酵的协同抑制效应明显弱于60 g/L葡萄糖存在时的抑制;混合糖发酵时FDH1基因转录被抑制导致甲酸分解缓慢,对甲酸存在条件下木糖发酵被抑制有部分贡献.综上,葡萄糖抑制甲酸分解与葡萄糖代谢产物乙酸、乙醇和甲酸的协同抑制对混合糖发酵时甲酸对木糖发酵特异性显著抑制有贡献,但尚存在其他未知抑制机制,还需进一步深入研究.     

丛枝菌根真菌对采煤塌陷复垦土壤磷形态和玉米吸磷量的影响

丛枝菌根(Arbuscular mycorrhiza,AM)真菌用于退化农林生态系统的生物修复研究是当今生态及环境科学领域的热点问题.许多研究表明AM真菌促进植物对土壤磷的吸收利用,为了解不同的AM真菌对土壤磷形态及其转化规律的影响,通过盆栽试验以不接种处理为对照,分别接种幼套近明球囊霉(Claroideoglomus etunicatum,Ce)、摩西管柄囊霉(Funneliformis mosseae,Mo)、根内根孢囊霉(Rhizophagus intraradices,Ri)3种AM真菌,通过连续种植两茬玉米(2015-2016年)后测定AM真菌侵染率、玉米磷素吸收和土壤磷素形态的变化.结果表明:(1)接种3种AM真菌均成功侵染玉米根系,两茬玉米根系AM真菌侵染率顺序均为Ce≥Mo≥Ri,第二茬侵染率(38.3%-68.8%)较第一茬(14.5%-32.5%)有所提高;(2)随着AM真菌的侵染,接种处理显著提高了玉米磷素吸收,提高幅度达25.5%-82.0%;(3)接种3种AM真菌均显著提高了土壤活性态无机磷(H_2O-Pi、NaHCO_3-Pi)和中等活性无机磷(NaOH-Pi)含量;而土壤中度稳定态磷(HCl-P)和稳定态磷(Residue-P)含量不受影响;接种Mo和Ce对土壤NaHCO_3-Pi含量提高最显著,分别提高了141.02%和88.47%,其次为Ri(43.12%);(4)接种Mo和Ri显著提高了土壤中等活性态无机磷(NaOH-Pi)的含量,分别比CK提高了36.15%和18.82%.总之,接种不同AM真菌均能提高根系侵染率、磷素吸收以及促进土壤磷素活性态、中等活性态无机磷(H_2O-Pi、NaHCO_3-Pi、NaOH-Pi)的转化,提高了土壤磷素的生物有效性,其中接种Ce和Mo能够更好地促进土壤中的磷素向植物可供利用的形态转化,提高植株吸磷量,是适合该矿区土壤的经济高效菌种.(表2参33)     

木糖发酵酿酒酵母抑制物耐受能力提升及利用秸秆原料的乙醇发酵性能

木糖利用能力和抑制物耐受能力优良的工业酿酒酵母菌株以及合理的糖化发酵工艺是纤维素燃料乙醇生产的两个关键.对一株工业酿酒酵母菌的磷酸戊糖途径转醛醇酶基因TAL1进行差异过表达,评价其在8种典型抑制物存在时对菌株利用木糖的影响;利用TAL1过表达菌株研究油菜秸秆预处理物料中抑制物含量高低对分步糖化发酵(SHF)、预糖化-同步糖化发酵(P-SSF)和同步糖化发酵(SSF)3种不同糖化发酵方式发酵过程的影响,探讨高固含量发酵的可行性.结果显示,TAL1基因过表达提高了菌株的木糖代谢能力和对8种典型抑制物的耐受能力,适度过表达菌株表现最优,有抑制物存在时的木糖消耗速率提升了20%-70%.秸秆预处理物料中抑制物总含量约为4 g/L时,SHF无法正常发酵,SSF的乙醇收率接近70%,略高于P-SSF;当物料中抑制物总含量下降到约2 g/L时,3种方式都能顺利发酵,SSF表现最优,96 h时的乙醇收率为86.5%,但SSF(96 h)和P-SSF(112 h)所需糖化发酵总时间远低于SHF(144 h);总固含量约为25%的分批补料-同步糖化发酵(FB-SSF)的乙醇浓度和乙醇收率分别达到54.2 g/L和67.2%.上述结果表明,TAL1基因适度过表达提升了菌株的木糖发酵和抑制物耐受能力,菌株已具备比较优秀的发酵和耐受抑制物的能力;预处理物料中抑制物含量相对较高时采用SSF或P-SSF工艺,而抑制物浓度相对较低时,3种糖化发酵方式都可以采用,但SSF所需发酵时间最短,生产能力最高.     

木糖发酵酿酒酵母抑制物耐受能力提升及利用秸秆原料的乙醇发酵性能北大核心CSCD

木糖利用能力和抑制物耐受能力优良的工业酿酒酵母菌株以及合理的糖化发酵工艺是纤维素燃料乙醇生产的两个关键.对一株工业酿酒酵母菌的磷酸戊糖途径转醛醇酶基因TAL1进行差异过表达,评价其在8种典型抑制物存在时对菌株利用木糖的影响;利用TAL1过表达菌株研究油菜秸秆预处理物料中抑制物含量高低对分步糖化发酵（SHF）、预糖化-同步糖化发酵（P-SSF）和同步糖化发酵（SSF）3种不同糖化发酵方式发酵过程的影响,探讨高固含量发酵的可行性.结果显示,TAL1基因过表达提高了菌株的木糖代谢能力和对8种典型抑制物的耐受能力,适度过表达菌株表现最优,有抑制物存在时的木糖消耗速率提升了20%-70%.秸秆预处理物料中抑制物总含量约为4 g/L时,SHF无法正常发酵,SSF的乙醇收率接近70%,略高于P-SSF;当物料中抑制物总含量下降到约2 g/L时,3种方式都能顺利发酵,SSF表现最优,96 h时的乙醇收率为86.5%,但SSF（96 h）和P-SSF（112 h）所需糖化发酵总时间远低于SHF（144 h）;总固含量约为25%的分批补料-同步糖化发酵（FB-SSF）的乙醇浓度和乙醇收率分别达到54.2 g/L和67.2%.上述结果表明,TAL1基因适度过表达提升了菌株的木糖发酵和抑制物耐受能力,菌株已具备比较优秀的发酵和耐受抑制物的能力;预处理物料中抑制物含量相对较高时采用SSF或P-SSF工艺,而抑制物浓度相对较低时,3种糖化发酵方式都可以采用,但SSF所需发酵时间最短,生产能力最高.     

利用纤维二糖的酵母工程菌构建

以扣囊复膜孢酵母染色体DNA为模板,通过PCR方法扩增到其β-葡萄糖苷酶基因bgl1,经EcoRⅠ、BamHⅠ双酶切并和经相同酶切的穿梭表达载体pYX212连接,构建了重组质粒pYX-sbgl,转化酿酒酵母W 303-1A,bgl1基因获得了活性表达,β-葡萄糖苷酶活力为0.504 IU/mL.转化子能以纤维二糖为唯一碳源生长,并能应用于同时糖化和发酵纤维素底物生产乙醇,使乙醇产量较宿主酵母有了一定的提高.图6表1参14     

鲜甘薯原料的运动发酵单胞菌快速乙醇发酵条件

对运动发酵单胞菌232B同步糖化发酵(SSF)鲜甘薯快速生产燃料乙醇的条件进行了研究.通过单因素试验和正交试验获得了乙醇发酵的最佳参数为:初始pH值6.0～7.0,硫酸铵5.0 g/kg,糖化酶量1.6 AUG/kg淀粉,初始总糖浓度200 g/kg,接种量ψ=12.5%.经过21 h发酵,乙醇浓度为95.15 g/kg.发酵效率可达94%.同时对不灭菌发酵也进行了研究,发酵效率可达92%.残糖的HPLC分析结果说明,发酵液中已没有葡萄糖存在,经酸水解后又出现了葡萄糖、半乳糖、甘露糖等成分,说明发酵结束后的残糖是多种低聚糖.图4表4参19     

一株运动发酵单胞菌Zy-1快速生产乙醇

经多次实验优化，得到运动发酵单胞菌Zy发酵葡萄糖生产乙醇较合适的条件．Zy的诱变菌株Zy-1在该条件下发酵葡萄糖生产乙醇比原始菌株更有较大优势．当葡萄糖浓度为200gL^-1时，发酵48h，乙醇浓度96．5gL^-1，残糖2．3gL^-1，发酵效率为94．42％．Zy-1发酵天然原料米粉、木薯、红薯干等，发酵时间44h，乙醇浓度达95gL^-1以上，发酵效率92％以上．发酵液用DNS法测定，还原糖约2gL^-1，残总糖因原料种类不同，其值有所差异（5～20gL^-1）．经薄层层析分析，发酵液无葡萄糖，而是二糖、三糖等低聚糖．图2表5参12     

牛粪生物质资源综合利用研究进展

畜禽粪便是一种重要的廉价生物质资源,含有丰富的木质纤维素和矿质营养,但随意堆弃必然会对环境形成污染,同时造成资源浪费.为促进实现畜禽粪便的循环再生利用,从牛粪肥料化利用、能源化利用和化学品生产原料3个方面综述牛粪生物质资源的研究进展,分析不同处理方式对牛粪利用效率的影响.肥料化利用在一定程度上能消解环境中的牛粪,但因生产成本高、资源利用率低等问题限制了其大规模推广.而牛粪厌氧发酵能产生清洁能源沼气,结合厌氧共发酵方式可以提高甲烷产率,并且发酵后的沼液可用于浸种和生物农药利用;同时牛粪可以作为制取乙醇的新型原料,通过分子生物学手段构建重组运动发酵单胞菌,扩大菌株的底物利用范围.此外,牛粪作为乳酸、富马酸、纤维素等生物基产品的生产原料,丰富了牛粪利用方式.最后提出在牛粪利用过程中加强对重金属和抗生素的脱除,着力研究沼气工程建设技术,稳定发酵温度,提高产率,同时构建糖利用范围广、乙醇得率高的菌株,发展多重牛粪利用方式,以实现牛粪生物质资源的高值高效利用.