中国科技财富 > 创新纪事
分享到:

木质纤维素高效降解转化方兴未艾

来源: 作者:马爱平 2016年03月23日 15:11
[导读] 

  3月3日起,中国进入“两会时间”,在涉及国计民生的众多提案方向中,生物质能源产业仍然是大家关注的焦点。回望过去十年,以农业废弃物为基础的生物质能源行业在中国经历了超乎想象的发展过程。

  全国人大代表、阳光凯迪新能源团体董事长陈义龙对生物能源远景非常看好。陈义龙说,中国每年有12.5亿吨农林废弃物,若是大范围推进生物质能源应用,可以拉动8000万农民就业。

  世界各国都把发展生物质能源作为国家的重大战略计划。分别来自山东大学、中科院过程工程研究所、微生物研究所、上海生命科学研究院、天津工业生物技术研究所、青岛生物能源与过程研究所、大连化学物理研究所、南京工业大学、华东理工大学、清华大学等10家科研院所或高校的研究人员投入了,国家重点基础研究发展计划(973计划),“木质纤维素资源高效生物降解转化中的关键科学问题研究”项目的研究。

  项目首席科学家山东大学曲音波教授说,在五年实施过程中,项目共收到973计划资助2800万元。项目组严格按照国际规定使用经费。大家积极协作,共同努力,取得了一批自主创新的重要科研成果。部分成果达到国际先进或领先水平,获得国家技术发明二等奖1项,省部级奖4项,申请专利226项,140项获授权,其中7项获国际专利,并开始转入产业化研发阶段,展现出广阔的发展前景。项目组成员发表研究论文371篇,基础研究数据或材料得到了共享;培养博士生87人,硕士生166人;培养锻炼了一支能代表国家水平的木质纤维素生物炼制技术基础研究和产业开发的骨干队伍,超额地完成了项目任务。

  曲音波说,在木质纤维素降解酶系合成相关机理研究及优质高产菌株的构建,项目揭示了木质纤维素生物降解的多样性及相关机理,发现了新的降解因子;揭示了复杂纤维素降解体系中不同组分的协同作用机制;发现30余种参与纤维素酶表达调控、分泌以及内质网应激反应过程的关键蛋白,并对其进行了功能定位;建立了纤维素酶基因表达调控分子机制模型、内质网应激与纤维素酶分泌协同作用模型。在此基础上,重构了菌株木质纤维素降解酶合成转录调控网络。重构后菌株的产酶性能优于长期诱变选育获得的工业生产菌株,同时酶系组成更加优化,大幅提高了其降解天然纤维材料的效率。

  在纤维小体的功能解析、表达调控及工程化应用方面,研究人员利用自主开发的厌氧细菌高效遗传改造工具,对热纤梭菌纤维小体进行了系统功能性研究,首次发现了一种基于RNA选择性剪切与保护的崭新调控方式。通过遗传工程改造,开发了高效纤维素降解全菌催化剂,设计了秸秆到糖的一步法转化工艺。开发出千吨级新型BIVIS预处理与分级中试系统,在高浓度、低碱量和温和条件下,玉米秸秆酶解率达到85%以上,生产成本可望低于淀粉糖,已转入中试开发阶段。

  曲音波说,在酿酒酵母高效转化纤维素降解组分的代谢网络调控与改造方面,项目从牛瘤胃宏基因组中发现能在酵母中高活性表达的木糖异构酶,获得了国际发明专利,并成功向国外大公司转让使用许可权。构建成高抗逆、高效共发酵葡萄糖木糖的酵母工程菌株,发酵玉米秸秆水解液,糖醇转化率达到理论值的88%。此第二代燃料乙醇专用酿酒酵母菌株已具备产业化价值,其高抗逆、高效共发酵葡萄糖木糖的能力处于国际先进或领先水平。

  曲音波说,在秸秆类生物质高效生物炼制体系的研发和产业化探索方面,项目建立了以破解抗降解屏障为核心的生物质炼制基础理论,揭示了生物质物料特性与预处理破解抗降解屏障过程的关系;形成了玉米芯生物炼制生产液体燃料和高值化学品的集成创新技术,使乙醇生产成本接近或低于粮食乙醇成本。新技术获得了国家技术发明二等奖。经国家发改委核准,建设了国内首家万吨级纤维素乙醇装置,实现了工业规模生产。建立了年处理30万吨秸秆生产线并进行了试生产。

  在木质纤维素降解利用体系的工程化技术方面,研究人员为提高木质纤维素降解转化体系的效率,开发了干法生物炼制技术。实现了预处理过程废水零排放;运用生物脱毒技术解除了对酶解和发酵过程的抑制;在30%(w/w)固体含量和低酶用量下,乙醇浓度接近10% (v/v),有机酸浓度超过100g/L。吨乙醇和有机酸产品废水排量和能耗均接近目前玉米乙醇和有机酸生产水平。为年产3万吨多元醇、5万吨乙醇和9万吨葡萄糖酸钠工业示范装置进行了过程设计、制造或开车运行。

  曲音波说,建议国家在现有工作进展的基础上,加强对成果的对外宣传推广,进一步组织产学研协同创新,加强上下游知识、技术和工程的统合,加强对新技术全生命周期的经济和生态分析,加快推动新技术的产业化进程;建议尽快在国家重点研发计划中立项支持其后续研发。

点击下载:
[责任编辑:中国科技财富]
分享到:

相关阅读:

网友评论表达个人看法,并不表明本网同意其观点或证实其描述。

验证码:

验证码
编辑部:010-58884139,010-58884177 办公室:010-58884176 E-Mail:kjcf2013@163.com 如果您有任何意见或建议,请联系我们!
版权所有:中国科技财富 京ICP备05061179号-1
中国科技财富 版权所有