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纤维素生物降解预处理基础研究发展态势
摘要
作为一种可再生能源,生物质能源是中国能源可持续发展的必然战略选择之一。利用木质纤维素生产生物乙醇、丁醇等生物质燃料是生物质能源开发的重要内容。我国天然纤维素原料 非常丰富(包括农作物秸秆、林业副产品、城市垃圾等),利用生物技术分解和转化木质纤维素既是资源利用的有效途径,对于解决环境污染、食品短缺和能源危机又具有重大的现实意义。 (1)常用的预处理方法通常有物理法(机械粉碎、高能辐射、超热水处理、微波处理等)、物理化学法(蒸汽爆破法、氨纤维爆破法和电催化法等)、化学法(酸、碱、臭氧处理、有机试剂等)、生物法(酶处理)等。 (2)通过Fisher-Pry模型预测纤维素预处理各技术成熟度,发现蒸汽爆破法、酸处理法及碱处理法目前相对比较成熟,但囿于各方法存在水解产生抑制性产物、存在腐蚀性、成本高等缺陷,无法取得更大的突破。而生物法研究目前已经越来越受到关注,具有很大的发展前景。 (3)通过SCI论文对纤维素预处理方法中的生物法进行文献计量分析,结果显示发文量排名前3位的国家依次是美国、中国和印度;排名前3位的机构依次是美国可再生能源国家实验室、密西根州立大学和中国科学院;排名前5位的作者依次为美国桑迪亚国家实验室的Simmons,Blake A、中国华中科技大学的张晓昱、美国可再生能源国家实验室的Himmel,Michael E、美国华盛顿州立大学的Chen,Shulin、美国俄亥俄州立大学的Li,Yebo;国内排名前3位的机构依次为中国科学院、华中科技大学、北京林业大学。排名前5位的学科依次为Biotechnology & Applied Microbiology(生物技术与应用微生物学)、Energy & Fuels(能源与燃料)、Agricultural Engineering(农业工程)、Engineering, Chemical(化学工程)和Environmental Sciences(环境科学)。 (4)对生物预处理法按照原料、微生物、酶、发酵及产品等类别分别进行分析,发现原料研究主要集中在小麦秸秆、玉米秸秆、木材、稻秆和软木;微生物研究主要集中在黄孢原毛平革菌、白腐菌、里氏木霉、酿酒酵母和虫拟蜡菌;酶研究主要集中在漆酶、β-葡糖苷酶、锰过氧化物酶、过氧化物酶和木质素过氧化物酶;发酵主要集中的主题为固体发酵、厌氧发酵、同步糖化发酵、安倍发酵和深层发酵;产品主要集中在燃料乙醇、甲烷、生物制氢、生物柴油、生物油和丁醇。
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