近日，江南大學(xué)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(tuán)隊(duì)對微生物細(xì)胞工廠利用秸稈水解液合成乙醇酸進(jìn)行了深入研究，取得了突破進(jìn)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(xué)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(diǎn)。

當(dāng)前乙醇酸的需求量逐年增加，據(jù)統(tǒng)計(jì)至2023年我國乙醇酸需求量已經(jīng)達(dá)到2.5萬噸/年，2022年-2028年的年復(fù)合增長率將達(dá)到7.1%。一直以來，乙醇酸主要是通過氯乙酸水解法等化學(xué)方法催化石油基底物合成的，普遍存在著毒性大、污染嚴(yán)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(jìn)，相比石油基乙醇酸，以葡萄糖等可再生有機(jī)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(yīng)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(tuán)隊(duì)老師周勝虎介紹，秸稈經(jīng)過處理可轉(zhuǎn)變?yōu)榫G色、廉價(jià)、可再生、富含葡萄糖和木糖的秸稈水解液，可作為微生物細(xì)胞工廠合成乙醇酸的底物。

團(tuán)隊(duì)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(yùn)工程策略等，以大腸桿菌為底盤細(xì)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(shí)現(xiàn)了以玉米秸稈水解液為底物高產(chǎn)乙醇酸的目標(biāo)，5 L發(fā)酵罐補(bǔ)料分批發(fā)酵的乙醇酸產(chǎn)量達(dá)到了52.2 g/L，這是迄今為止不添加誘導(dǎo)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(yīng)用前景和商業(yè)化價(jià)值?！敝軇倩⒈硎尽?/p>

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將秸稈制作成乙醇，我們需要對秸稈進(jìn)行破碎預(yù)處理這部分工作，需要借助于生物質(zhì)秸稈預(yù)處理系統(tǒng)將纖維素、半纖維素和木質(zhì)素進(jìn)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(yù)處理系統(tǒng)由金屬鏈板輸送機(jī)、粗破碎機(jī)、皮帶輸送機(jī)、磁選機(jī)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(yù)處理系統(tǒng)工藝

輸送機(jī)將秸稈均勻喂入破碎機(jī)，破碎機(jī)經(jīng)過剪切、撕裂、擠壓的工作原理將物料進(jìn)行破碎處置，破碎后的物料經(jīng)皮帶輸送機(jī)輸送至成品料區(qū)或轉(zhuǎn)運(yùn)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(jī)制備成生物質(zhì)替代燃料，整套生產(chǎn)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)密閉輸送、負(fù)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。