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目录第一章.乙醇二代燃料的简介.第一节.二代乙醇燃料的研究意义一.生物乙醇燃料的定义二.二代乙醇燃料的应用背景三.二代乙醇燃料的优点和意义第二节.二代乙醇燃料的发展第二章.利用微生物水解发酵生产二代乙醇燃料的物质基础第一节.原料的组成一.木质纤维素原料的组成第二节.水解应用的酶类一.纤维素酶二.半纤维素酶第三节.理想乙醇生产菌种.一.理想的乙醇生产菌种具备的条件第三章.利用微生物生产二代乙醇燃料的工艺流程第一节.原料的预处理.一.预处理的目的二.预处理的方法第二节.水解技术一.水解需要的酶二.影响水解过剩的因素第三节.发酵结束一.乙醇发酵菌种二.发酵工艺—分步水解发酵法三.发酵过程中应注意的问题第四节.乙醇脱水回收技术第四章.二代乙醇的生产所带来的问题及发展前景摘要随着能源危机和环境污染问题的日益突出，世界能源结构正在经历由化石能源向可再生能源进化的变革，而生物质资源转化体系是变革的技术平台，在此背景下，燃料乙醇已被视为替代和节约汽油的最佳燃料。起初，我们是讲粮食作物作为原料来生产一代燃料乙醇，经过长期实践，发现一代乙醇“与人争粮，与粮争地”的现象严重，后来.人们开始研究实验利用纤维素材料来生产二代燃料乙醇，而且效果可观。目前，二代乙醇已被当作是最佳液体燃料并且有生态效益和经济效益而成为生物技术的研究热点。本报告对利用秸秆进行乙醇发酵的技术原理进行了浅显的研究，掌握了技术核心。第一章.二代燃料乙醇的简介第一节.乙醇二代燃料的研究意义一.色很难过物燃料乙醇的定义生物燃料乙醇是指通过微生物的发酵将各种生物质转化为燃料乙醇。二.二代乙醇的应用背景第一.石头资源枯竭，随着中国国民经济的增长，对石油的需求也不断增长，而石油资源又是不可再生能源，因此石油资源日益减少。第二.自然环境恶化，一方面土地资源严重退化，数量减少，荒漠越来越严重。另一方面大气污染严重，随着城市中小汽车数量与日俱增，对空气的污染更是雪上加霜，其中汽车尾气的污染达到65%以上。第三.粮食短缺。一代乙醇的发展造成了燃料乙醇“与人争粮，与粮争地”的现象，因此我们生产的粮食一部分用来生产乙醇，随着人口数量剧增，剩下的一部分不足以满足人们的需要。三.二代乙醇的优点和意义.以微生物水解发酵先利用农业废弃物生产燃料乙醇，其优点在于原料为可再生能源。乙醇燃烧过程中不产生有害气体，所排放的CO2量与生物生长所需的CO2量理论上相互持平，这对减少大气污染及防治“温室效应”有重大意义，因此燃料乙醇也被称为“清洁燃料”。另外，二代乙醇的生产避免了“与人争粮，与粮争地”的现象。二代愚蠢的生产对我国经济、生态也起到了推动作用。第一.改善了大气环境，使用乙醇燃料，明显降低了汽车废气的排放，有效改善了大气环境质量。第二.节约了石油资源，二代燃料乙醇的生产使用减少了石油燃料的使用量，进而减少了地下石油资源的开采。第三.促进了农民经济收入。农民可以将农业废弃物作为商品进行买卖，这样就增加了收入第四.促进了非粮食型产业的发展第五.减少进口，节约外汇。我国每年需要大量的外汇进口石油，推广使用乙醇燃料对减少进口节约外汇意义重大。第二节.二代乙醇燃料的发展乙醇作为发动机燃料起初始于20世纪30年代，但是由于种种原因，一直没有得到广泛应用。直至上个世纪70年代，收到两次石油危机和对汽车尾气排放的限制，一血石油资源缺乏，人口密集生物资源丰富的国家在立法和政策上的鼓励以乙醇类作为用气组分。第一个生物燃料乙醇项目于1975年诞生在巴西，接下来在美国，加拿大也开战了类似项目。我国燃料乙醇产业起步较晚，但发展迅速，我国燃料乙醇生产企业的发展主要是2个方向：一是木薯乙醇，二是纤维素乙醇。两者都是属于非粮食作物，其中木薯乙醇已处于规模化生产阶段，技术发展相对完善，而纤维素乙醇的发展尚未完善，还有待成熟。第二章.利用微生物水解发酵生产乙醇的物质基础.第一节.原料的组成二代燃料乙醇的生产原料主要是一些农业废弃物没包括玉米秸秆、麦秸、稻草等多种原料。而这些原料的共同特征就是均为木质纤维素原料。一.木质纤维素原料的组成木质纤维素原料主要由纤维素、半纤维素和木质素三部分组成，构成了植物的细胞壁，对植物起保护作用。纤维素分子排列紧密规则，集聚成束。由此决定了植物细胞壁的构架，在纤丝构架之间充满了半纤维素和木质素。纤维素是一类天然链状高分子化合物，大约由500—10000个葡萄糖单元组成，纤维素分子中的羟基易和分子内或相邻的纤维素分子上的含羟基团之间性情氢链，这使想爱你为啥分木质纤维素原料纤维素含量（%）半纤维素含量（%）木质素含量玉米芯453515甘蔗渣392522玉米秸秆382418草25-4035-5010-30麦秸305015子之间形成了纤维素束，纤维素的结晶结构使纤维素聚合物显示出刚性和高度水不溶性。因此高效利用纤维素的关键在于破环纤维素结晶结构，使纤维素结构松散，从而使得纤维素的水解更容易进行。半纤维素是一大类结构不同的多聚糖的总成，主要由葡萄糖、木糖、甘露糖、半乳糖和阿拉伯糖等组成，半纤维素的水解产物包括两种，五碳糖（木糖，阿拉伯糖）和三种六碳糖（葡萄糖和甘露糖）。各种糖所占比例随原料不同而不同。木质素是以苯基丙为基本结构单元，由多种醚链和碳一碳链连接而成的高分支多分散性高聚物，木质素有一定的塑形，不容于水，且不能水解为单糖，且对钱韦杉酶和半纤维素酶降解纤维是原料中的碳水化合物有空间阻碍作用，降低反应速率。不同木质纤维素原料，其所含的纤维素，半纤维素和木质素有一定差异，表3.1中列出了集中农业废弃物的成分组成。、表3.1.几种常见木质纤维素原料的主要成分含量。第三节.水解应用的酶类木质纤维素原料的成分均为多糖，故不能被微生物利用。所以，我们要把多糖水解为单糖，被微生物生长了利用，这样最终才能产生乙醇。一.纤维素酶纤维素酶的来源纤维素酶来源非常广泛，细菌、放线菌、真菌等都能产生纤维素酶。细菌产生的纤维素酶的量较低。少数细菌能分泌外切葡聚糖酶，大多数细菌对结晶的纤维素没有活性，而且这些酶主要是胞内酶或吸附于细胞壁上，很少能分泌到细胞外，目前研究较多的是纤维素杆菌，芽孢杆菌等。放线菌中的分木杆菌和原放线菌几乎不产想爱你维素酶或产量极低。产量稍微高的主要是黑红茄丝放线菌、纤维素放线菌。用于生产想爱你维素酶的微生物大多属于真菌，包括木霉、曲霉等。纤维素酶的组成纤维素酶是讲解天然纤维素生成葡萄糖和纤维二糖的一组酶的总成，它是一种多组分的复合酶系，现已确定纤维素酶含有三种主要组分，即内切型-β-葡聚糖酶外切型-β-葡聚糖和纤维二糖酶。纤维素的作用机制纤维素水解过程中初始底物是不溶解的固体，随水解进行，分子不断减小。而且水解过程中有多种酶的参与。图2.2纤维束酶血统水解机制外切型葡聚糖酶内切型葡聚糖酶结晶纤维素-------------------------→非结晶的纤维素---------------------------→纤维外切型葡聚糖酶纤维二糖酶寡糖------------------------→纤维二糖---------------------→葡萄糖二.半纤维素酶半纤维素酶的来源许多细菌、丝状真菌等均可产生半纤维素酶，许多产纤维素酶的菌株也产半纤维素酶，丝状真菌产生的胞外半纤维素酶具有便于分离和提纯的特点。半纤维素酶的作用机制。半纤维素酶半纤维素-----------------→木糖+甘露糖+半乳糖第三节.理想的乙醇生产菌种一.理想的乙醇生产菌种具备的条件1.耐高乙醇浓度（20%以上）2.耐高温（35℃以上）3.糖利用率达到90%以上4.乙醇生成速度快5.转化效率高，适应能力强目前在自然界中还未找到理想的菌种，自然界中存在的微生物往往只能满足其中的一条或几条要求。但是我们可以通过基因工程等方法对其进行改造，来生产我们想要的菌株第三章.利用微生物生产二代乙醇燃料的工艺流程第一节原料的预处理一.预处理的目的.植物的细胞壁中含有木质素，其结构紧密坚固，处于植物细胞壁的最外层。因此我么见你要将其结构破坏，使植物体中的纤维素及半纤维素外露，使水解的酶能充分地与底物接触并发生反应，提高水解效率。二.预处理的方法.通常情况下，预处理的方法分为生物法预处理、物理法预处理和化学法预处理。典型的生物法预处理是利用一丝能够降解木质纤维素的真菌，如白腐菌，能有效降解木质纤维素，由于生物法需要严格的控制生长条件和足量的空间，因此生物法预处理在工业方面没有发展前景。物理法预处理包括研磨生物质原料，使之形成更小的颗粒，从而有利于酶水解，锤磨可以破坏纤维素的结晶度，使之后的酶水解更容易。化学法预处理，主要是借用化学试剂溶出半纤维素和纤维素，增加酶对其的可及性，以及降低纤维素的聚合度和结晶度。第二节.水解技术.木质纤维素的水解常用的方法是酸水解和酶水解两种，酸水解法可能产生抑制微生物声场的有害物质，糖也会在分解，同时操作不安全，投资较高，因此该法不适合用于水解纤维素，而酶水解与酸水解相比，具有转化率高且成本低特点，此外，酶有很高的选择性，可生产城单一产物，能得到很高的产率。同时，还没有污染，因此，以下主要介绍纤维素的酶水解法。一.水解需要的酶纤维素酶和半纤维素酶，二者将原料中所含的多糖水解为单糖。供微生物发酵生长所需。二.影响水解过程的因素.1.底物因素底物的结构及性质、浓度在一定程度上决定了酶解的速度。纤维原料的性质包括纤维素酶可接触的底物表面积，纤维素的结晶程度和聚合度，木质素的含量等。同时酶水解有一个最佳底物浓度，浓度过高，对纤维素原料酶水解有抑制作用，导致酶水解速率变慢，可发酵糖的产率降低；浓度过低也是如此。2.酶的用量及活性.在一定酶量范围内，随着酶量增加，酶水解速率增大；没的活性越强，水解速率越快，水解效果越好。3.温度和PH温度和PH会影响大部分纤维素酶的活性，是影响纤维素酶解速率的重要因素。在最适温度和PH条件下，酶解速率最大，效果最好，最适PH在4.5-5.5，最适温度在40-60℃。4.酶的抑制剂与表面活性剂的影响.二者对酶解作用恰恰相反，表面活性剂可促进酶与底物的结合，提高它们的亲和力，而抑制剂恰恰相反。第三节发酵技术反应容器中的微生物利用水解后得到得单糖，将其发酵为乙醇C6H2O6----------→2CH3CH2OH+2CO2↑一.乙醇发酵菌种理想的乙醇发酵微生物应包括具备快速发酵多种碳水化合物底物的能力，耐高温，发酵副产品含量低，如酸等各种优越特性，而自然界中没有一种酵母，细菌或真菌能够利用五碳糖和六碳糖，但是所有微生物的发酵产物都是一系列物质的混合物，为了改善多第五的乙醇发酵，人们做了大量研究，结果发现，许多细菌、酵母和真菌能够发酵五碳糖，如天然存在的细菌—耐热的棱装芽孢杆菌等；天然存在的酵母，如假丝酵母等。二．发酵工艺—分步水解发酵法.纤维原料酶解与乙醇发酵分布进行，此法的有点是酶解和发酵都可以在各自最适条件下进行，缺点是酶解过程中生成的葡萄糖和纤维二聚糖队纤维素酶具有反抑制作用，针对水解液中各种单糖的混合物么，可以采用混合菌种发酵法，但此方法具有碳源利用率低，乙醇产率低的缺点。三.发酵过程中应注意的问题.拇指纤维素转化为乙醇的主要技术障碍是，缺少一种合适的微生物能有效的发酵木质纤维素；此外，随着发酵反应的进行，有些微生物不耐高温而致死，进而导致乙醇产量降低，因此我们可以考虑分批加入法；还有在发酵过程中要适当搅拌，放出产生的CO2，使反应顺利进行。第四节.乙醇脱水回收技术此技术是燃料乙醇生产关键技术之一，从普通蒸馏工段出来的乙醇，其最高质量浓度只能达到95%，要进一步浓缩，继续用蒸馏方法是无法达到标准浓度的。因此此时乙醇和水形成了恒沸物（相应的横飞温度为78.15℃）难以分离开来，为了提高乙醇浓度，去除多余的水分，可采用例子交换树脂法，萃取精馏等方法。第四章.二代乙醇的燃料的生产，解决了环境污染等诸多问题，同时也带来了负面影响，二代乙醇的生产原料主要是作物秸秆，这导致一血回田作物不能回田作为肥料，久而久之，将造成土壤贫瘠，农作物生长不良，但即使这样，我们纵观大局，二代乙醇仍具有长远的发展，因为它能够解决我