近日，江南大學糧食發(fā)酵與食品生物制造國家工程研究中心鄧禹教授團隊對微生物細胞工廠利用秸稈水解液合成乙醇酸進行了深入研究，取得了突破進展。相關(guān)研究成果已發(fā)表在國際期刊《生物資源技術(shù)》（Bioresource Technology）。

乙醇酸又稱為羥基乙酸，主要用做清潔劑、爽膚水和非處方化妝品中的去角質(zhì)成分。此外，乙醇酸還用于化學清洗、紡織工業(yè)以及生產(chǎn)聚乙醇酸-乳酸(PLGA)和聚乙醇酸(PGA)等生物降可降解材料，其相關(guān)產(chǎn)品具有生物降解性、生物相容性和低毒性等優(yōu)點。

當前乙醇酸的需求量逐年增加，據(jù)統(tǒng)計至2023年我國乙醇酸需求量已經(jīng)達到2.5萬噸/年，2022年-2028年的年復合增長率將達到7.1%。一直以來，乙醇酸主要是通過氯乙酸水解法等化學方法催化石油基底物合成的，普遍存在著毒性大、污染嚴重、產(chǎn)率低和碳排放高等問題。隨著我國“雙碳”戰(zhàn)略的推進，相比石油基乙醇酸，以葡萄糖等可再生有機碳源為底物合成的生物基乙醇酸表現(xiàn)出更多優(yōu)勢，如綠色環(huán)保、低碳排放、工藝簡單和反應條件溫和等。

我國是農(nóng)業(yè)大國，擁有豐富的秸稈生物質(zhì)資源，這些生物質(zhì)資源中包含著豐富的纖維素和半纖維素等，其主要成分是葡萄糖和木糖。團隊老師周勝虎介紹，秸稈經(jīng)過處理可轉(zhuǎn)變?yōu)榫G色、廉價、可再生、富含葡萄糖和木糖的秸稈水解液，可作為微生物細胞工廠合成乙醇酸的底物。

團隊開發(fā)了動態(tài)代謝調(diào)控策略、輔因子工程和糖蛋白轉(zhuǎn)運工程策略等，以大腸桿菌為底盤細胞，經(jīng)過改造解決了乙醇酸生產(chǎn)過程中代謝流失衡和輔因子缺乏的問題，實現(xiàn)了以玉米秸稈水解液為底物高產(chǎn)乙醇酸的目標，5 L發(fā)酵罐補料分批發(fā)酵的乙醇酸產(chǎn)量達到了52.2 g/L，這是迄今為止不添加誘導劑的最高產(chǎn)量。

“這不僅降低了生物基乙醇酸的生產(chǎn)成本，減少了碳排放，還能為秸稈生物質(zhì)資源的再開發(fā)利用開辟了新的途徑，具有廣泛工業(yè)化應用前景和商業(yè)化價值?！敝軇倩⒈硎?。

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將秸稈制作成乙醇，我們需要對秸稈進行破碎預處理這部分工作，需要借助于生物質(zhì)秸稈預處理系統(tǒng)將纖維素、半纖維素和木質(zhì)素進行分離，然后加入高效纖維素酶將纖維素、半纖維素轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵糖，可發(fā)酵糖經(jīng)過發(fā)酵轉(zhuǎn)化為乙醇，再經(jīng)過精餾，就得到了纖維素乙醇，5噸秸稈可產(chǎn)出1噸乙醇。

眾安環(huán)保生物質(zhì)破碎預處理系統(tǒng)由金屬鏈板輸送機、粗破碎機、皮帶輸送機、磁選機等設(shè)備組成，該系統(tǒng)集輸送、破碎、磁選模塊于一體，對多種生物質(zhì)原料資源化處置。

生物質(zhì)破碎預處理系統(tǒng)工藝

輸送機將秸稈均勻喂入破碎機，破碎機經(jīng)過剪切、撕裂、擠壓的工作原理將物料進行破碎處置，破碎后的物料經(jīng)皮帶輸送機輸送至成品料區(qū)或轉(zhuǎn)運到下一道處置工序，可以通過磁選裝置將金屬物料選出，可燃物經(jīng)過壓塊機制備成生物質(zhì)替代燃料，整套生產(chǎn)系統(tǒng)可以實現(xiàn)密閉輸送、負壓降塵、清潔生產(chǎn)。

以農(nóng)作物秸稈制作成乙醇，既不會出現(xiàn)“與人爭糧”的情況，又能夠提升農(nóng)民的種糧積極性，從而確保糧食安全得以保障。