然而,这些菌株所产生乙醇的量非常低。其限制因素为其副产物:两种细菌都可将纤维素分解为葡萄糖和其他糖类,比如说木糖。细菌可以再将葡萄糖酵解为乙醇,但对其它糖类,例如木糖,却无能为力。更严重的是,因为细菌在发酵过程中会产生其它有机酸类副产物,例如乙酸和乳酸,从而导致乙醇的产量颇低。科学家还发现,这些细菌在乙醇含量较高的环境中会受到抑制并且停止生长。
为了优化细菌的性状并且提高乙醇产量,Mascoma的研究人员改良了两种菌株的代谢模式,使其在没有辅助酶的参与下能够酵解木糖。他们还阻断了细菌产生副产物的代谢途径,使其无法产生如乳酸及乙酸之类的副产物,从而使细菌只产出乙醇。最后,科学家还对微生物进行了改良,使其能在高浓度乙醇的环境下持续分解纤维素。
在Mascoma公司有关酵母菌的研发中,研究人员对其进行遗传改造,添加了一段天然菌株中不存在的新基因。正常情况下,酵母菌的乙醇生产效率很高并很稳定,可以高速率酵解糖,但其并不具备天然分解纤维素的能力。所以,Mascoma的科学家改良了酵母菌,使其产生纤维素分解酶,从而使酵母菌能够依靠纤维素生长并将其分解。
一只脚已迈入商业化门槛
加州理工学院的化工学及生物化学教授弗朗西斯·阿诺德(FrancesArnold)同时也是Mascoma公司科学顾问委员会的一员,她认为,公司在酵母菌方面的工作可能会实现近期的工业化应用。“他们所公布的,以及能够高清晰展现纤维素酶的酵母菌,实在是令人印象深刻。”
阿诺德说,“使这些酶能够在酵母菌上得以表达,这一过程很艰难。如果你只看文献报告,那结果似乎令人沮丧———每公升仅几微克或几毫克———而他们可以达到每公升一克———比其他人所报告的要高出了许多个数量级,足以使这一研究开始变得有趣起来。”
“这些微生物还有优化改良的余地,我们希望提高它们的纤维素分解能力,以及它们水解糖类的反应率,这一过程将加速整个生产过程,”Mascoma公司研发部执行副总裁吉姆·弗莱特(Jim Flatt)说。“它们表现不错,确实可靠,但我们仍可以对其进行进一步的改良,这就是我们的努力目标。”
Mascoma公司已在位于纽约州罗马的一个试验厂开始了三种改良微生物的试验,他们计划今年内可以达到工业化生产规模。看起来,美国纤维素乙醇技术的一只脚已经迈进了商业化的门槛。
中国生物燃料乙醇前景广阔
“中国目前的粮食产量大约1万亿斤,而地上茎秆和地下部分至少还有1万亿斤。同时,还有地上的草、山上的林,所有这些都含有纤维素。另外,我们正在研发如何让植物更好地生长在盐碱地等条件较差的荒地上。”中国科学院能源植物中心副主任刘公社认为,以纤维素为原料的第二代生物燃料乙醇是未来大规模替代石油的关键。
国内企业近年来纷纷上马了纤维素乙醇项目。如河南天冠集团已投入了1亿多元在生产纤维素乙醇项目上。吉林九新实业集团2006年申报建设3000吨/年的玉米秸秆生产纤维乙醇示范性工厂。2009年1月15日,中粮集团与丹麦诺维信公司、中国石化集团签订了技术合作框架协议,三方将在中国合作开发从谷物秸秆生产纤维素生物乙醇的商业化规模工艺,并将纤维素乙醇推向国内外市场。
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作者：
汪小星
编辑：
zhangyh |
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