第五章 非糧食生物質(zhì)的轉(zhuǎn)化

第五章非糧食生物質(zhì)的轉(zhuǎn)化生物質(zhì)的來源農(nóng)業(yè)農(nóng)作物廢棄物（稻草、秸稈等）林業(yè)采伐廢棄物,木材廢棄物,森林疏伐,灌木處理專用能源作物(有目的種植)草，樹，藻類和其它水生品種城市市政固體廢棄物，生物固體，食品垃圾，園林廢棄物，不可再生紙，廢油脂，污水和其它廢水一、木質(zhì)纖維素化學(xué)歷史回顧二、木質(zhì)纖維素的化學(xué)組成三、木質(zhì)纖維素的生物煉制木質(zhì)纖維素的轉(zhuǎn)換（1）纖維素的糖化作用1819年，法國植物化學(xué)家HenriBraconnot發(fā)現(xiàn)帆布水解可得到與淀粉水解相同的糖。（2）草酸1829年，鋸屑和類似原料與KOH共熱，可得到草酸。（3）木炸藥和硝化纖維1833年，Braconnot硝酸處理木質(zhì)纖維或淀粉可形成一種可燃性化合物（木炸藥，xyloidin）；1846年，瑞士巴塞爾的化學(xué)教授ChristianFriedrichSchonbein開發(fā)了硝化纖維（火棉nitrocellulose）一、19世紀(jì)的木質(zhì)纖維素化學(xué)（4）纖維素1839年，法國糖廠經(jīng)理AnselmePayen發(fā)現(xiàn)木材經(jīng)硝酸和NaOH處理后可得到纖維素，并且在濃硫酸作用下可轉(zhuǎn)換為D-葡萄糖。（5）乙酰丙酸1840年，荷蘭化學(xué)教授GerardusJohannesMulder發(fā)現(xiàn)果糖和鹽酸共沸可合成乙酰丙酸（Levulinicacid）。（6）木質(zhì)素1856年，F(xiàn)ranzFerdinandSchulze報道了硝酸和KClO3混合物處理木材可分離出纖維素，可溶性部分稱為木質(zhì)素。1868年，F(xiàn).Bente報道了堿木質(zhì)纖維素熔化物的芳香族特征。1897年，瑞典科學(xué)家P.Klasen也描述了木質(zhì)素的“非纖維素”性芳香族特性，松柏醇是木質(zhì)纖維素生物合成的單元中間體。1919年，W.Fuchs描述了一種酚型結(jié)構(gòu)單元。1927年，KarlFreudenberg發(fā)現(xiàn)木質(zhì)素是由苯丙烷的衍生物組成。（7）半纖維素（多糖）和糖醛1831年，J.W.Dobereiner把麥麩和稀硫酸一起蒸餾得到了糠醛。1922年，QuakerOats公司從生產(chǎn)燕麥片廢料中生產(chǎn)糠醛，推動了糠醛的工業(yè)化。（8）木質(zhì)纖維素1903年，英國科學(xué)家EdwardJohnBevan和CharlesFrederickCross認(rèn)為木質(zhì)纖維素為五大天然纖維素之一，木質(zhì)素和纖維素之間通過化學(xué)鍵相連。20世紀(jì)30年代末期出現(xiàn)了木質(zhì)纖維原料一詞(lignocellulosefeedstock),1942年，美國的文獻(xiàn)中開始使用木質(zhì)纖維素這一術(shù)語。（1）從木材生產(chǎn)紙和紙漿。（2）可溶性纖維衍生物、黏膠以及其他纖維素基合成纖維。（3）從木材制取糖類產(chǎn)品和木材液化物（4）從木質(zhì)素生產(chǎn)香草醛（5)

纖維素硝化物（火棉和膠棉）（6）糠醛和尼龍19世紀(jì)至20世紀(jì)初木質(zhì)纖維素的工業(yè)利用一、木質(zhì)纖維素化學(xué)歷史回顧二、木質(zhì)纖維素的化學(xué)組成三、木質(zhì)纖維素的生物煉制

木質(zhì)纖維素的轉(zhuǎn)換二、Chemical-TechnicalMajorGroupsofLCF二、ChemicalCompositionofDifferentLCFChemicalCompositionofDifferentAmericanStrawCompositionofSelectedBiomassMaterialsCarbohydratesinLignocelluloses結(jié)構(gòu)特點：直鏈,氫鍵作用強,成晶體,難水解纖維素的化學(xué)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)特點：很多支鏈,氫鍵作用弱,非晶體,易水解淀粉的化學(xué)結(jié)構(gòu)纖維素與淀粉化學(xué)鍵區(qū)別α-1,4葡萄糖苷鍵α-1,4葡萄糖苷鍵α-1,6葡萄糖苷鍵β-1,4葡萄糖苷鍵結(jié)構(gòu)特點：有支鏈,非結(jié)晶,易水解，水解產(chǎn)物含多種單糖。包括五碳糖類中的木糖、阿拉伯糖,六碳糖類中的半乳糖,、甘露糖、葡萄糖等。

半纖維素的化學(xué)結(jié)構(gòu)木質(zhì)素的化學(xué)結(jié)構(gòu)木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)單元一、木質(zhì)纖維素化學(xué)歷史回顧二、木質(zhì)纖維素的化學(xué)組成三、木質(zhì)纖維素的生物煉制木質(zhì)纖維素的轉(zhuǎn)換3.1木質(zhì)纖維素——最重要的可再生生物質(zhì)資源CornStoverWheatStrawRiceStrawBagasseMiscanthus芒草SwitchGrass柳枝稷3.3ProductsofLignocellulosicFeedstockBiorefinery3.4木質(zhì)纖維素原料全組分利用的重要性闊葉材：纖維素30-45%，20-30%半纖維素，20-25%木質(zhì)素糧食秸稈：纖維素38-40%，半纖維素20-30%，木質(zhì)素6-20%。UtilizationofCropResidues3.5木質(zhì)纖維素的物理結(jié)構(gòu)穩(wěn)定而堅固3.6預(yù)處理(Pretreatment)采用酶法降解纖維質(zhì)得到可發(fā)酵性糖是最理想的方法。當(dāng)采用纖維素酶水解纖維質(zhì)生物資源制造乙醇時，纖維素酶必須接觸吸附到纖維素底物上才能使反應(yīng)進(jìn)行，因此，纖維素對纖維素酶的可及性是決定水解速度的關(guān)鍵因素。木素和半纖維素矩陣的存在阻礙了纖維素對酶的可及性，且纖維素的結(jié)晶結(jié)構(gòu)以及纖維質(zhì)生物資源的表面狀態(tài)、纖維質(zhì)生物資源的多組分結(jié)構(gòu)、木素對纖維素的保護作用以及纖維素被半纖維素覆蓋等結(jié)構(gòu)與化學(xué)成分的因素致使纖維質(zhì)生物資源難以水解。預(yù)處理(Pretreatment)

三個主要目的:1.除去木質(zhì)素的阻礙,增加纖維可接觸度2.分出半纖維和半纖維水解而產(chǎn)的混合糖3.減少纖維結(jié)晶度，促進(jìn)纖維素的水解4.不增加糠醛等對后續(xù)發(fā)酵有影響的物質(zhì)預(yù)處理(Pretreatment)預(yù)處理(Pretreatment)纖維質(zhì)生物資源隨著種類的不同，結(jié)構(gòu)與化學(xué)成分存在差異，對酶的可及性也有所差異。未經(jīng)預(yù)處理的天然狀態(tài)的纖維質(zhì)生物資源的酶解率小于20%，而經(jīng)預(yù)處理后的水解率可達(dá)理論值的90%以上。纖維質(zhì)纖維原料預(yù)處理的方法主要有：物理法化學(xué)法物理化學(xué)法生物法預(yù)處理主要方法預(yù)處理主要方法物理方法有：剪切和研磨高溫液態(tài)法高溫分解微波處理高能輻射機械粉碎用球磨、振動磨、輥筒等將纖維素原料進(jìn)行粉碎處理，木質(zhì)素仍然被保留，但木質(zhì)素和半纖維素與纖維素的結(jié)合層被破壞，半纖維素、纖維素和木質(zhì)素的聚合度降低，纖維素的結(jié)晶構(gòu)造改變。粉碎處理可提高反應(yīng)性能和提高水解糖化率，有利于酶解過程中纖維素酶或木質(zhì)素酶發(fā)揮作用。缺點：粉碎處理對提高糖化率的程度有限，且能耗較高，占工藝過程總耗能的50％～60％。在高溫(200℃以上)、壓力高于同溫度下飽和蒸汽壓時，使用液態(tài)水去除部分木質(zhì)素及全部半纖維素，實質(zhì)上是酸催化的自水解反應(yīng)。溶解幾乎所有的半纖維素和1/3

~

2/3的木質(zhì)素，但反應(yīng)需要控制pH在4~7之間，以減少副反應(yīng)。缺點：但高溫作用使產(chǎn)物有所損失，并產(chǎn)生一些有機酸抑制酶解及發(fā)酵。西班牙的研究人員佩雷斯等將麥稈在214℃的高溫?zé)崴刑幚?.7min可以得到相當(dāng)于理論值90.6%的酒精。高溫?zé)崴幚矸ㄎ⒉ㄊ且环N新型節(jié)能、無溫度梯度的加熱技術(shù)，具有處理時間短、減少化學(xué)藥品用量、無污染、能耗低等優(yōu)點，是很有發(fā)展前途的預(yù)處理新技術(shù)。微波處理在現(xiàn)代染色生產(chǎn)、溶劑制漿和食品工業(yè)中已獲得實際應(yīng)用，而應(yīng)用于纖維素領(lǐng)域則較為少見。HuanMa等人采用響應(yīng)面法對微波預(yù)處理條件下微波強度、輻照時間及底物濃度3種因素對稻稈酶解糖化的影響進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)了在微波強度680W、輻照時間24min及底物濃度75g/L條件下，纖維素、半纖維素及總糖轉(zhuǎn)化率分別增加了30.6%、43.3%和30.3%。微波輻射常用的化學(xué)法有：臭氧法酸水解法堿法氧化脫木素法有機溶劑法預(yù)處理主要方法該方法中木質(zhì)素受到很大程度降解，半纖維素只受到輕微攻擊，纖維素幾乎不受影響。不產(chǎn)生有毒的阻礙生物過程的化合物，在室溫常壓下進(jìn)行。缺點：預(yù)處理過程中需要大量臭氧，生產(chǎn)成本昂貴。臭氧法酸處理多采用稀硫酸(0.5％~1.0％)，在130~200℃與原料反應(yīng)數(shù)分鐘。處理后，半纖維素幾乎全部水解為單糖(主要為木糖)，但也有部分因過度降解轉(zhuǎn)化為乙醛等小分子副產(chǎn)物；纖維素及木質(zhì)素作為固體殘留物不發(fā)生變化。半纖維素的轉(zhuǎn)移，增加了纖維素表面積及反應(yīng)活性，提高水解速率及糖化率。稀酸處理的優(yōu)點在于半纖維素水解得到的糖量大，催化劑成本低，易于中和。缺點：半纖維素水解產(chǎn)物五碳糖易在催化下進(jìn)一步降解(糠醛)，對后期的發(fā)酵有一定的抑制，通常需要采用離子交換、過量石灰中和等措施脫毒。稀酸預(yù)處理技術(shù)堿法預(yù)處理是利用木質(zhì)素能夠溶于堿性溶液的特點，脫除木質(zhì)素，引起木質(zhì)纖維原料潤脹，導(dǎo)致纖維內(nèi)部表面積增加，聚合度降低，結(jié)晶度下降，從而促進(jìn)酶水解的進(jìn)行。常用的堿包括NaOH、KOH、Ca(OH)2和氨水等。缺點：NaOH雖有較強的脫木質(zhì)素和降低結(jié)晶度能力，但在脫木質(zhì)素的同時，半纖維素也被分解，致使損失太多；同時還存在試劑的回收、中和、洗滌等問題，并且成本太高。堿預(yù)處理技術(shù)使用氨的預(yù)處理方法是將氨水通過裝有生物質(zhì)材料的柱狀反應(yīng)器，用不同的溫度加熱處理，然后分離。氨水可以循環(huán)使用。徐忠等人采用粉碎結(jié)合氨處理法對大豆秸稈酶水解影響研究，較適宜的預(yù)處理條件為大豆秸稈粉碎至140目，用10%氨水處理24h。經(jīng)過預(yù)處理后大豆秸稈纖維素含量提高70.27%，半纖維素含量下降41.45%，木質(zhì)素含量下降30.16%，有利于大豆秸稈酶解產(chǎn)糖，效果明顯。氨預(yù)處理常用的物理化學(xué)法有：蒸汽爆裂法CO2爆破法蒸汽爆裂與乙醇抽提結(jié)合法氨冷凍爆破法預(yù)處理主要方法蒸汽爆破法即將植物纖維原料在高溫(135~235℃或以上)高壓(1.0~4.5MPa或以上)下用水蒸汽等經(jīng)幾十秒到幾十分鐘進(jìn)行處理，然后立即降至常壓的一種處理方法，蒸爆的原理是利用水蒸汽在高溫高壓下通過纖維素表面微孔滲入纖維素內(nèi)部，蒸煮一段時間，在此過程中發(fā)生水解反應(yīng)。然后突然降壓，纖維素原料被內(nèi)含水閃蒸產(chǎn)生巨大的爆破力、機械摩擦與碰撞力而破碎。蒸汽爆破法

木質(zhì)生物資源的蒸汽爆破預(yù)處理方法可有效地分離出活性纖維

不用或少用化學(xué)藥品，對環(huán)境無污染

近年來研究得較多,技術(shù)成熟蒸汽爆破法氨冷凍爆破(AFEX)法利用液態(tài)氨在可調(diào)壓反應(yīng)器中處理纖維原料，處理條件通常為50~80℃，1.5MPa。保持一定時間后，打開控壓閥，氨因壓力的突然降低而蒸發(fā)，導(dǎo)致溫度急劇變化使纖維素結(jié)構(gòu)破壞，將增加纖維素表面積和酶解的可及度。與蒸汽爆破相比，氨處理對設(shè)備的要求和所需的能耗降低，但氨的有效回收是氨爆破必須妥善解決的問題。

AFEX法的優(yōu)點是處理過程中不會產(chǎn)生對微生物有抑制作用的副產(chǎn)物，所以不需要水洗就能用于后續(xù)工藝。液氨可以回收利用，但氨回收要增加部分設(shè)備。氨冷凍爆破生物預(yù)處理法褐腐菌、白腐菌和軟腐菌等微生物被用來降解木素和半纖維素生物預(yù)處理的優(yōu)點是能耗低，所需環(huán)境條件溫和。但是生物預(yù)處理后水解率很低。預(yù)處理主要方法雖然有許多種微生物能產(chǎn)生木質(zhì)素分解酶，但活性低，一時難以得到利用。木腐菌是分解木質(zhì)素能力較強的菌，通常分為3種：白腐菌、褐腐菌、軟腐菌，而以白腐菌分解木質(zhì)素的能力較強。白腐菌是自然界中最主要的木素降解菌，其分泌的胞外氧化酶主要包括木質(zhì)素過氧化物酶(LIP)、錳過氧化物酶(MnP)、漆酶(Laccase)。這些木質(zhì)素降解酶能有效、徹底地將木質(zhì)素降解成為H2O和CO2。傳統(tǒng)的化學(xué)處理、機械處理技術(shù)等耗能較多，且不同程度地存在環(huán)境污染；蒸汽爆破具有處理時間短、減少化學(xué)藥品用量、無污染、能耗低等優(yōu)點，是很有發(fā)展前途的預(yù)處理新技術(shù)；生物處理技術(shù)從成本和設(shè)備角度考慮，占有獨特的優(yōu)勢，但處理效率較低，利用基因工程和傳統(tǒng)的生物技術(shù)對菌種和酶進(jìn)行改造，提高酶活力，降低酶成本，也有望應(yīng)用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)；利用多種預(yù)處理方法相結(jié)合，開發(fā)更加高效、無污染且成本低的預(yù)處理手段，將是今后纖維質(zhì)纖維原料預(yù)處理的發(fā)展趨勢。預(yù)處理主要方法水解纖維質(zhì)生物資源的酶Cellulases內(nèi)切-1,4-β-D-葡聚糖酶外切-1,4-β-葡聚糖酶β-D-葡萄糖苷酶Hemicellulases內(nèi)切-1,4-β-D-木聚糖酶β-木糖苷酶

其它碳水化合物酶和酯酶Ligninases木素過氧化物酶錳過氧化物酶漆酶3.7木質(zhì)纖維素水解酸水解-稀酸水解-濃酸水解酶解纖維素水解為了加快水解的反應(yīng)，可采用無機酸作為催化劑。常用的無機酸有硫酸和鹽酸。溶液中氫離子濃度愈濃，水解速度愈快。氫離子是由酸解離而來。強酸離解完全，故水解時都用強酸。溫度升高，酸水解的速度加快。酸水解酸水解過程中要減少已生成單糖的進(jìn)一步分解或副反應(yīng)。酸必須回收利用設(shè)備容器必須耐腐蝕纖維素濃酸膨脹溶解部分水解，生成低分子多糖少量單糖加水稀釋加熱進(jìn)一步水解為單糖濃酸水解某公司濃酸水解流程圖濃酸水解纖維素酶是一個復(fù)合酶系統(tǒng)，纖維素酶只是一個總稱，它是由Cx酶、C1酶、Cb酶等三種酶組成，這些組分還包括一些同功酶。纖維素酶水解這一類酶包括幾個隨機不同的組分，屬于內(nèi)切酶。它們作用于纖維素大分子的內(nèi)部，隨機切割β-1,4葡萄糖苷鍵，同時生成許多新的分子末端；不能水解纖維二糖，但能水解低聚纖維素糊精、羧甲基纖維素（CMC）或羥乙基纖維素（HEC）等衍生物，也稱CMC酶，俗稱Cx酶。內(nèi)切-β-1,4葡聚糖酶類

（1,4-β-D-glucanohydrolase,EC3.2.1.4）也稱微晶纖維素分解酶，俗稱C1酶，能水解低聚纖維素糊精，但不能水解CMC或HEC和纖維二糖，此類酶含有兩個酶系：β-1,4葡聚糖纖維二糖水解酶，也作用于纖維素分子鏈的非還原末端，但產(chǎn)物是纖維二糖。β-1,4葡聚糖葡萄糖水解酶，作用于纖維素分子鏈的非還原末端，切割β-1,4鍵，產(chǎn)物是葡萄糖；外切-β-葡聚糖酶類

（1,4-β-D-glucancellobiohydrolase,EC3.2.1.19）

俗稱Cb酶，能水解纖維二糖和短鏈寡糖生成葡萄糖，但不能水解纖維素或高分子量的纖維糊精。β-1,4葡萄糖苷酶

（β-D-glucosideglucohydrolase,EC3.2.1.21）協(xié)同作用一般認(rèn)為是內(nèi)切葡聚糖酶(Cx酶)首先進(jìn)攻纖維素的非結(jié)晶區(qū)，形成C1所需的新的游離末端，然后由C1酶從纖維素大分子多糖鏈的還原端或非還原端分解為可溶性的纖維寡糖，最后由β-葡聚糖苷酶(Cb酶)將纖維二糖水解成二個葡萄糖。真纖維分解菌由于能分泌C1酶，所以它能分解天然纖維素，而非真纖維分解菌則不分泌C1酶，所以只能分解纖維衍生物。不過，纖維素酶的協(xié)同作用順序不是絕對的，隨后的研究中發(fā)現(xiàn)，C1-Cx和β-葡聚糖苷酶必須同時存在才能水解天然纖維素。若先用C1酶作用結(jié)晶纖維素，然后除掉C1酶，再加入Cx酶，如此順序作用卻不能將結(jié)晶纖維素水解。纖維素酶的協(xié)同作用典型的有木酶屬(Trichoderma)、曲霉屬（Aspergillus）和青霉屬(Penicillium）。目前有使用價值的：

里氏木霉（Trichodermareesei）

綠色木霉（Trichodermaviride）

康氏木霉(Trichodermakoningii)產(chǎn)生纖維素酶的菌種容易退化，導(dǎo)致產(chǎn)酶能力降低。產(chǎn)纖維素酶的微生物細(xì)菌產(chǎn)纖維素酶的產(chǎn)量較少，主要是葡聚糖內(nèi)切酶，大多數(shù)對結(jié)晶纖維素?zé)o降解活性，且所產(chǎn)生的酶多是胞內(nèi)酶或吸附在細(xì)胞壁上，不分泌到培養(yǎng)液中，增加了提取純化的難度。但由細(xì)菌所產(chǎn)生的纖維素酶一般最適pH為中性至偏堿性。近20年來，隨著中性纖維素酶和堿性纖維素酶在棉織品水洗整理工藝及洗滌劑工業(yè)中的成功應(yīng)用，細(xì)菌纖維素酶制劑已顯示出良好的應(yīng)用前景。最適溫度

一般纖維素酶的最適溫度范圍為40-60oC。最適pH纖維素酶酶活對環(huán)境pH值很敏感，不同菌種、不同組分的纖維素酶最適pH值有差異。如曲霉、青霉及木霉產(chǎn)生的酸性纖維素酶，一般在酸性環(huán)境pH4.0-5.0有較高活性。

而細(xì)菌表現(xiàn)出差異，如田新玉從200余株嗜堿細(xì)菌中篩選到一株產(chǎn)堿性纖維素酶的菌株N6227，其酶反應(yīng)的最適pH值為8.5。纖維素酶的多樣性

產(chǎn)纖維素酶微生物一般不會只有一類纖維素酶組分。即使只產(chǎn)生一類纖維素酶組分，也往往有多種不同形式。如有報道，一種白熱擔(dān)子菌依靠碳源，能在細(xì)胞外、細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞壁上產(chǎn)生三種不同的Cb酶。同一微生物也可能因不同地區(qū)來源、不同培養(yǎng)條件而使纖維素酶成分有很大差別。纖維素酶的誘導(dǎo)性

真菌纖維素酶是誘導(dǎo)酶，在誘導(dǎo)物存在下才能產(chǎn)生。

許多不溶性纖維素、可溶性纖維素衍生物、一些低聚糖類以及某些單糖和二糖均可作為纖維素的誘導(dǎo)物。

纖維二糖、葡萄糖等低分子可溶性糖在低濃度時有促進(jìn)作用，而較高濃度時便開始抑制。當(dāng)然對于不同微生物來說，同一濃度、同一物質(zhì)也可能有著不同甚至完全相反的作用。培養(yǎng)基種子培養(yǎng)基為0.75%CMC-Na，0.5%蛋白胨，2%吐溫80，0.03%MgSO4，CaCl2，水，微量FeSO4，MnSO4，ZnSO4，CoCl2。

發(fā)酵培養(yǎng)基為0.75%CMC-Na，(NH4)2SO4，2%吐溫80，其余同種子培養(yǎng)基。固態(tài)發(fā)酵的正確含義是指微生物在沒有游離水的固體基質(zhì)上生長。固態(tài)發(fā)酵是需要水分的，但是，水分是以吸附或結(jié)合的形式存在于固態(tài)基質(zhì)內(nèi)部。游離水的出現(xiàn)同培養(yǎng)基的水分含量和基質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)。例如，槭樹樹皮出現(xiàn)游離水時的水分含量為40%，而對麥草來說則為75%。對于大多數(shù)基質(zhì)來說水分在達(dá)到80%以前都將出現(xiàn)游離水。

固態(tài)發(fā)酵工藝是當(dāng)今世界上生產(chǎn)纖維素酶的常用工藝之一。固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)纖維素酶②細(xì)菌污染少，基質(zhì)不一定要滅菌。③所用培養(yǎng)基簡單，往往是副產(chǎn)品，價格低廉。④供氧通風(fēng)容易，往往不要或只要間歇攪拌。⑤固體廢料量少，處理容易。產(chǎn)品的物理性質(zhì)較為穩(wěn)定。⑥基建投資少，能量消耗低。

優(yōu)點：①由于水分少，每克基質(zhì)的體積小，這將帶來一系列的好處：

a、要處理的廢水量很少；

b、產(chǎn)品濃縮在基質(zhì)里，往往不要過濾濃縮就可以使用；

c、即使要萃取制成酶制劑，所需的溶劑量較少；

d、成品儲藏所需的場地較少。固態(tài)發(fā)酵(SSF

)和液體深層發(fā)酵(SmF)對比固態(tài)發(fā)酵(SSF

)和液體深層發(fā)酵(SmF)對比缺點：①只有能適應(yīng)無游離水的少數(shù)霉菌，酵母和放線菌能生長。②大規(guī)模生產(chǎn)時熱量排除較困難。③發(fā)酵過程中氧的傳遞無法控制。④對水分、pH、O2、CO2和產(chǎn)品產(chǎn)率等重要參數(shù)的測定比較困難。⑤固態(tài)發(fā)酵的工程問題。如反應(yīng)器、攪拌、通風(fēng)等研究和報道尚少。⑥人力消耗較大。

提高現(xiàn)有酶的催化效率篩選新的活力更高的酶制備更適合于預(yù)處理底物的優(yōu)化的復(fù)合酶體系降低酶的生產(chǎn)成本解決酶成本高的應(yīng)對措施（1）葡萄糖（2）山梨醇（3）葡糖苷（4）果糖（5）乙醇（6）羥甲基糠醛（HMF)（7）乙酰丙酸3.8纖維素基產(chǎn)品鏈ChemicalIndustrialCellulose-BasedProductFamilyTree纖維素在酸或纖維素酶的作用下可降解得到葡萄糖，葡萄糖——生物煉制過程的“平臺化合物”、“關(guān)鍵化合物”（1）葡萄糖甜度約為蔗糖的50%。吸濕性適宜，廣泛作為添加劑應(yīng)用于造紙、纖維、煙草、化妝品、皮革、制藥、食品、化工等行業(yè)。化工應(yīng)用：生產(chǎn)維生素C、醇酸樹脂、表面活性劑、炸藥等。RaneyNi,100-150atm,100-150OC（2）山梨醇異山梨醇二甲醚無色的良好溶劑變色涂料防偽涂料商業(yè)聚酯：PEIT、聚醚、聚酯、聚氨酯二硝酸異山梨酯藥物中間體用作皮膚護理和藥物配方的持續(xù)溶劑已成功應(yīng)用于阿司匹林穩(wěn)定液的合成利尿藥血管擴張藥提高PET玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，用于封裝熱粘液體異山梨醇五大應(yīng)用用于監(jiān)測溫敏顏色變化南京一種以葡萄糖作為糖成分的配糖體。是具有各種配質(zhì)與葡萄糖還原基結(jié)合的結(jié)構(gòu)，這類化合物總稱為葡糖苷。催化劑：1%的鹽酸（Fischer反應(yīng)），硫酸鹽型陽離子交換樹脂（收率88%）。應(yīng)用：制造醇酸樹脂、涂料、表面活性劑等（3）葡糖苷D-果糖是最甜的糖，甜度是蔗糖的1.73倍。在醫(yī)藥和食品工業(yè)中D-果糖經(jīng)常作為糖的替代品，特別是在糖尿病患者的治療上。在生物基化學(xué)工業(yè)中，是合成HMF和乙酰丙酸的重要起始原料。天然果糖來源：蔗糖和菊糖（4）果糖不與民爭糧、不與糧爭地，發(fā)展非糧乙醇。（5）乙醇（6）羥甲基糠醛（HMF）（7）乙酰丙酸乙酰丙酸半纖維素基產(chǎn)品家族譜（1）半纖維素的分離（2）聚甘露糖/甘露糖（3）木聚糖/木糖（4）糠醛/糠醛基產(chǎn)品3.9