發(fā)酵法產(chǎn)丁醇的研究進(jìn)展

王洪，羅惠波，2*，廖玉琴，鄧露，劉藺，李芬

（1.四川理工學(xué)院生物工程學(xué)院，四川自貢643000；2.釀酒生物技術(shù)及應(yīng)用四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川自貢643000）

發(fā)酵法產(chǎn)丁醇的研究進(jìn)展

王洪1，羅惠波1，2*，廖玉琴1，鄧露1，劉藺1，李芬1

（1.四川理工學(xué)院生物工程學(xué)院，四川自貢643000；2.釀酒生物技術(shù)及應(yīng)用四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川自貢643000）

近年來，由于國(guó)際市場(chǎng)油價(jià)大幅上升和供應(yīng)不穩(wěn)定，并且環(huán)境污染問題日益突出，利用可再生原料發(fā)酵產(chǎn)丁醇受到廣泛關(guān)注，丁醇作為一種清潔可持續(xù)的燃料用于能源工業(yè)具有誘人的潛力和前景。但目前丁醇生產(chǎn)成本較高，主要表現(xiàn)在原料成本高和產(chǎn)物濃度低兩個(gè)方面。該文從非糧生物質(zhì)原料的選擇、選育或構(gòu)建高產(chǎn)丁醇的菌株、發(fā)酵丁醇的分離及新工藝的選擇等方面綜述生物發(fā)酵生產(chǎn)丁醇的現(xiàn)狀，旨在為降低丁醇生產(chǎn)成本提供參考，進(jìn)而推動(dòng)生物法丁醇產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

丁醇；發(fā)酵；菌株；原料；工藝

丁醇發(fā)酵已有上百年的歷史，可追溯至1861年[1]。傳統(tǒng)丁醇的生產(chǎn)是利用梭狀芽孢桿菌屬（Clostridium）菌株，通過丙酮-丁醇-乙醇（acetone-butanol-ethanol，ABE）發(fā)酵途徑而得到，一般溶劑中丁醇、丙酮和乙醇比例為6∶3∶1（V/V），現(xiàn)報(bào)道的三組分發(fā)酵溶劑中丁醇可占到7/10[2]。在第一次世界大戰(zhàn)期間丁醇被大量用來生產(chǎn)橡膠，因此，以糧食淀粉質(zhì)為原料的丁醇發(fā)酵工業(yè)得到迅猛的發(fā)展，但到了20世紀(jì)50年代，由于石油產(chǎn)業(yè)的沖擊，被成本低廉的化學(xué)合成法逐漸取代[3]。丁醇的化學(xué)合成法主要有①羰基合成法，其過程為丙烯與CO、H2在高溫高壓及催化劑存在的條件下合成丁醛，加氫后得到丁醇，這也是工業(yè)上主要的合成丁醇的方法。②醇醛縮合法，其過程為乙醛經(jīng)縮合后形成丁醇醛，經(jīng)脫水后生成丁烯醛，加氫后得丁醇。然而，直到20世紀(jì)70年代，石油危機(jī)的出現(xiàn)把人們的目光重新聚焦到發(fā)酵法產(chǎn)丁醇上。但是，原料成本高和產(chǎn)物濃度低一直制約著發(fā)酵法產(chǎn)丁醇的發(fā)展。目前，國(guó)內(nèi)外研究者主要通過三個(gè)方面對(duì)這個(gè)問題進(jìn)行解決：一是選擇非糧生物質(zhì)原料及探索其預(yù)處理方法；二是通過分離、誘變、篩選、基因工程技術(shù)修飾等獲得高產(chǎn)或高丁醇耐受性菌株；三是解除產(chǎn)物（丁醇）抑制作用。隨著現(xiàn)代社會(huì)出現(xiàn)的溫室效應(yīng)，環(huán)境污染，能源緊缺等問題，發(fā)展清潔可持續(xù)的生物燃料是能源工業(yè)的未來發(fā)展方向，而丁醇是一種極具潛力的新型生物燃料。本文從非糧生物質(zhì)原料的選擇、選育或構(gòu)建高產(chǎn)丁醇的菌株、發(fā)酵丁醇的分離及新工藝四個(gè)方面對(duì)生物發(fā)酵生產(chǎn)丁醇現(xiàn)狀進(jìn)行綜述，旨在為降低丁醇生產(chǎn)成本和提高丁醇濃度提供參考，進(jìn)而推動(dòng)生物法丁醇產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

1 丁醇的特性

丁醇（CH3CH2CH2CH2OH）在常溫下呈液態(tài)，其分子質(zhì)量為74，密度0.810 9 kg/L，熔點(diǎn)-88.9℃，沸點(diǎn)117.7℃，溶解度為7.7%（20℃）。相對(duì)于乙醇來說，丁醇具有較高的內(nèi)能（35.103 MJ/kg），丁醇的熱值大約為汽油的83%，而乙醇的熱值卻只有汽油的65%，且丁醇的揮發(fā)性遠(yuǎn)低于乙醇，僅為其的1/6[4]。此外，還具有與汽油配伍性較好、腐蝕性低、污染輕等特點(diǎn)[5]。

2 生物發(fā)酵法產(chǎn)丁醇

隨著石油資源的枯竭和溫室效應(yīng)等環(huán)境問題的日益突出，以石油資源為原料的丁醇化學(xué)合成法會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，且能耗高，已經(jīng)不能適應(yīng)目前丁醇的生產(chǎn)工藝，以可再生的生物質(zhì)原料生物發(fā)酵產(chǎn)丁醇是未來的趨勢(shì)。選擇合適的原料和篩選或構(gòu)建高產(chǎn)丁醇的菌株，能有效地降低生產(chǎn)成本。

2.1 發(fā)酵原料

2.1.1 糧食原料

發(fā)酵法產(chǎn)丁醇的原料主要為玉米、小麥、薯類等糧食原料[6-9]。近年來，由于國(guó)內(nèi)以玉米、小麥等糧食為原料的發(fā)酵行業(yè)發(fā)展迅速，尤其是酒精發(fā)酵行業(yè)，在一定程度上使得全國(guó)糧食價(jià)格快速上升，導(dǎo)致生物丁醇生產(chǎn)成本也大幅度增加。同時(shí)，國(guó)家出于維護(hù)糧價(jià)穩(wěn)定和糧食安全的考慮，開始限制大規(guī)模使用糧食發(fā)展生物能源。使用廉價(jià)的非糧生物質(zhì)原料是生產(chǎn)生物燃料丁醇的出路，其中包括作物秸稈、菊芋、甘蔗、甜菜糖蜜、制糖工業(yè)的廢液等[10-11]。

2.1.2 糖質(zhì)原料

菊芋、甘蔗、甜菜等是日常生活中常見的糖質(zhì)原料，也被大量的用于丁醇的發(fā)酵生產(chǎn)。菊芋為菊科向日葵屬多年生宿根性草本植物，其生態(tài)適應(yīng)能力強(qiáng)產(chǎn)量高，陳麗杰等[12]對(duì)菊芋汁酸水解液發(fā)酵生產(chǎn)丁醇進(jìn)行了初步研究，結(jié)果表明，當(dāng)水解液的初始糖質(zhì)量濃度為48.36 g/L時(shí)，發(fā)酵終點(diǎn)丁醇質(zhì)量濃度為8.67 g/L。彭萬峰等[13]利用丙酮丁醇梭桿菌（Clostridium acetobutylicum）810705發(fā)酵甘蔗汁產(chǎn)丁醇進(jìn)行了研究，在糖含量為7.5%、溫度37℃的最佳條件下發(fā)酵得到丁醇質(zhì)量濃度為15.4 g/L。范俊輝等[14]利用從土壤中篩選出的菌株丙酮丁醇梭桿菌（Clostridium acetobutylicum）2N發(fā)酵甜菜蜜糖產(chǎn)丁醇，在最佳發(fā)酵條件下得到丁醇和總?cè)軇┑暮糠謩e為14.15 g/L和19.65 g/L。雖然糖質(zhì)原料發(fā)酵所產(chǎn)丁醇濃度較高，但原料利用率偏低，后期應(yīng)著手解決這個(gè)問題。

2.1.3 纖維質(zhì)原料

木質(zhì)纖維素原料產(chǎn)量極大，且具有巨大的利用價(jià)值[15]。LU C C等[1]對(duì)木薯渣水解液發(fā)酵產(chǎn)丁醇進(jìn)行了研究，初始水解液葡萄糖質(zhì)量濃度為44.8 g/L時(shí)，通過分批發(fā)酵后得到丁醇的質(zhì)量濃度為9.71 g/L，總?cè)軇?5.41 g/L，隨后通過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮水解液并耦合一個(gè)氣提式補(bǔ)料分批發(fā)酵生物反應(yīng)器，通過補(bǔ)料分批發(fā)酵使丁醇產(chǎn)量增至76.44 g/L，此時(shí)，總?cè)軇?08.5 g/L。LI X等[16]使用木薯發(fā)酵產(chǎn)丁醇，分批發(fā)酵后丁醇產(chǎn)量為11.85 g/L。潘賀鵬等[17]以工業(yè)廢棄物小麥淀粉廢水為輔料，補(bǔ)加適當(dāng)營(yíng)養(yǎng)成分進(jìn)行丁醇發(fā)酵，最終丁醇和總?cè)軇┊a(chǎn)量最高可分別達(dá)到14.72 g/L和 22.65 g/L。程意峰等[18]選用能較好利用甜高粱秸稈汁并且高產(chǎn)丁醇的菌株Bacillus acetobutylicumBd3進(jìn)行甜高粱秸稈汁發(fā)酵產(chǎn)丁醇的研究，發(fā)酵條件優(yōu)化后得到丁醇的質(zhì)量濃度為10.29 g/L。木質(zhì)纖維質(zhì)原料經(jīng)水解后要進(jìn)行脫毒處理，可有效的防止水解液中有害物質(zhì)對(duì)菌株的抑制作用[19]。此外，由于葡萄糖的阻遏效應(yīng)使得木質(zhì)纖維質(zhì)原料水解液中大量的木糖、阿拉伯糖等五碳糖殘留，使資源浪費(fèi)，同時(shí)，多數(shù)原料產(chǎn)丁醇濃度偏低，主要是由于底物（丁醇）的抑制作用。所以篩選或構(gòu)建高產(chǎn)和高耐受丁醇的菌株及能兼用五碳和六碳糖作為碳源的菌株迫在眉睫。

2.2 發(fā)酵菌株

2.2.1 工業(yè)上主要發(fā)酵菌株

工業(yè)上產(chǎn)溶劑梭菌有四種，分別為丙酮丁醇梭菌（Clostridium acetobutylicum）、拜氏梭菌（Clostridium bei jerinckii）、糖丁酸梭菌（Clostridium saccharobutylicum）和糖乙酸多丁醇梭菌（Clostridiumsaccharoperbutylacetonicum），其中丙酮丁醇梭菌是最常用且研究得最深的菌株[20]。此外，當(dāng)丁醇質(zhì)量濃度達(dá)到13～14 g/L時(shí)對(duì)梭菌細(xì)胞有毒害作用，并抑制其生長(zhǎng)代謝。由于產(chǎn)物丁醇濃度低是制約丁醇工業(yè)發(fā)展的瓶頸之一，所以篩選和構(gòu)建高產(chǎn)丁醇的菌株是一種有效的解決辦法。

2.2.2 高產(chǎn)丁醇菌株的選育和構(gòu)建

基于傳統(tǒng)梭狀芽孢桿菌低產(chǎn)丁醇的弊端，可通過野外篩選、馴化、誘變、構(gòu)建產(chǎn)丁醇工程菌等方法得到高產(chǎn)和高耐受丁醇的菌株[21-27]。裴建新等[28]通過篩選、分離，從自然環(huán)境中獲得一株丁醇發(fā)酵比率較高的新菌株-gxzp-13-2，用于丁醇發(fā)酵試驗(yàn)時(shí)，最終丁醇比率高達(dá)72.1%。LU C C等[1]通過突變和馴化得到一株丁醇高耐受性和高產(chǎn)的菌株C.acetobutylicumJB200，用于丁醇發(fā)酵后也取得不錯(cuò)的結(jié)果。由于ABE發(fā)酵代謝過程已十分清楚，溶劑的代謝過程都要先經(jīng)過糖酵解（embdenmeyerhofpathway，EMP）途徑，然后沿著不同的代謝方向得到不同的產(chǎn)物，所以可以通過阻斷乙醇或丙酮的代謝途徑來增強(qiáng)丁醇的代謝[29]。JIANGY等[24]通過將實(shí)驗(yàn)菌株-EA2018的丙酮合成途徑的關(guān)鍵酶（乙酰乙酸脫羧酶）基因敲除，阻斷了丙酮的合成，使丁醇的比率提升到85%以上。TUMMALA S B等[30]使用asRNA技術(shù)對(duì)丙酮丁醇梭菌進(jìn)行代謝工程修飾，將丁酸激酶活性降低85%，從而使丁醇產(chǎn)量提高35%。此外，人們也利用基因工程技術(shù)改造大腸桿菌，得到產(chǎn)丁醇的大腸桿菌工程菌[31]。張艷等[32]克隆了丙酮丁醇梭狀芽孢桿菌Clostridium acetobutylicumATCC824丁醇合成途徑關(guān)鍵酶基因，構(gòu)建了產(chǎn)丁醇的大腸桿菌工程菌，在一定的培養(yǎng)條件下丁醇產(chǎn)量最大為84 mg/L。林麗華等[33]通過克隆大腸桿菌乙酰轉(zhuǎn)移酶基因atoB和丙酮丁醇梭菌丁醇合成關(guān)鍵酶基因crt、hbd、adhE構(gòu)建表達(dá)質(zhì)粒pSE380-atoB-adhE-crt-hbd，克隆齒垢密螺旋體（Treponema denticola）反式烯酰輔酶A還原酶基因ter構(gòu)建表達(dá)質(zhì)粒pSTV29-ter，并將雙質(zhì)粒導(dǎo)入大腸桿菌，半?yún)捬醢l(fā)酵條件下丁醇產(chǎn)量為80 mg/L。一般產(chǎn)丁醇大腸桿菌工程菌的丁醇產(chǎn)量還是較低，后期還要攻克這個(gè)難點(diǎn)，從而提高產(chǎn)量降低成本。

3 發(fā)酵丁醇的分離

除了通過篩選、構(gòu)建高耐受丁醇毒性的菌株外，還可在發(fā)酵的同時(shí)移除丁醇，使丁醇濃度處于抑制質(zhì)量濃度（11 g/L）以下[34]，以解除其抑制作用。主要的分離提取方法有萃取法、吸附法、滲透蒸發(fā)法、氣提法等。

3.1 萃取法

萃取法是指在發(fā)酵的同時(shí)對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行萃取的方法，使用萃取劑將代謝產(chǎn)物（丁醇）從發(fā)酵液中萃取出來，使其濃度小于抑制濃度，從而達(dá)到消除代謝產(chǎn)物對(duì)菌株的抑制作用[35]。發(fā)酵與萃取相結(jié)合的工藝主要有間歇萃取發(fā)酵、原位萃取發(fā)酵、外部循環(huán)萃取發(fā)酵等幾種耦合方式，在萃取發(fā)酵過程中萃取劑的選擇至關(guān)重要，需要考慮萃取劑的分配系數(shù)、選擇性、密度、黏度、極性、揮發(fā)性等理化性質(zhì)[36]。適宜的萃取劑要求對(duì)發(fā)酵產(chǎn)物分離度好、對(duì)微生物盡量無毒害作用，萃取劑的選擇已成為萃取發(fā)酵技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)之一[37]。楊立榮等[38]使用油醇和混合醇作為丁醇發(fā)酵的萃取劑，當(dāng)發(fā)酵初始葡萄糖質(zhì)量濃度為110 g/L時(shí)，經(jīng)過萃取發(fā)酵后總?cè)軇┵|(zhì)量濃度達(dá)到33.63 g/L。潘賀鵬等[39]利用生物柴油進(jìn)行萃取發(fā)酵小麥淀粉廢水，與對(duì)照組丁醇和總?cè)軇┵|(zhì)量濃度14.72 g/L和22.65 g/L相比，丁醇和總?cè)軇┊a(chǎn)量得到進(jìn)一步提升，分別達(dá)到15.13 g/L和29.38 g/L。王風(fēng)芹等[40]研究了以玉米秸稈水解液為原料，以油醇為萃取劑，在萃取劑添加比例為1∶1，水解液糖質(zhì)量濃度為32 g/L的條件下發(fā)酵，得到丁醇和總?cè)軇┊a(chǎn)量為3.28 g/L和4.72 g/L。萃取發(fā)酵能提高產(chǎn)量，但也會(huì)對(duì)下游目的產(chǎn)物的提純帶來一定的影響，所以在選擇萃取劑時(shí)應(yīng)該將這個(gè)因素考慮進(jìn)去。

3.2 吸附法

吸附法是指在發(fā)酵的同時(shí)添加硅藻土、活性炭、聚乙烯吡咯烷酮（polyvinylpyridine，PVPP）等吸附劑，將發(fā)酵產(chǎn)物吸附在吸附劑上，除了解除產(chǎn)物抑制外還可延長(zhǎng)發(fā)酵時(shí)間，從而得到較高的溶劑濃度[35，41]。NIELSEN D R等[42]以聚苯乙烯類樹脂為吸附劑，利用菌株C.acetobutylicumATCC 824發(fā)酵產(chǎn)丁醇，在初始葡萄糖質(zhì)量濃度為80 g/L，加入0.05 kg/L樹脂的條件下丁醇產(chǎn)率與未加樹脂的發(fā)酵液相比增加了83%。以PVPP為吸附劑，相比于分批發(fā)酵，吸附-分批發(fā)酵耦合工藝的ABE生產(chǎn)速率提高了130%[43]。添加吸附劑可以明顯的提高丁醇的產(chǎn)率，但是溶劑和吸附劑之間存在相互作用以及吸附平衡，在實(shí)際應(yīng)用中可能會(huì)存在吸附劑用量大，操作難等問題。

3.3 滲透蒸發(fā)法

滲透蒸發(fā)法是指在發(fā)酵的同時(shí)使發(fā)酵液通過一種選擇性很強(qiáng)的滲透膜，將底物分離到膜的另一側(cè)的發(fā)酵方式。滲透蒸發(fā)的過程，就是通過滲透選擇膜，在膜兩側(cè)形成滲透壓差，使發(fā)酵液中產(chǎn)物部分蒸發(fā)，從而達(dá)到分離與富集產(chǎn)物目的的一種膜分離方法[44]。滲透膜按專一性可分為親水膜和疏水膜，在滲透蒸發(fā)法產(chǎn)丁醇中使用的疏水膜主要有聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane，PDMS）膜、偏聚氟乙烯（polyvinylidene fluoride，PVDF）膜、聚醚酰胺膜、殼聚糖-聚環(huán)氧乙烯膜、基硅氧烷膜等[45]。童燦燦[46]以PDMS/PVDF滲透汽化膜組件與丁醇發(fā)酵相耦合，總?cè)軇┊a(chǎn)率從對(duì)照組的0.19 g/（L·h）提升至0.44 g/（L·h）。滲透蒸發(fā)法能提高發(fā)酵效率，制備的丁醇純度較高，但大部分滲透膜存在選擇性差、穩(wěn)定性差、成本較高等缺點(diǎn)，所以在應(yīng)用時(shí)需根據(jù)情況來選擇膜材料。

3.4 氣提法

氣提法的原理是利用發(fā)酵過程中產(chǎn)生的H2和CO2或者充入惰性氣體（如N2）作為載氣，于外在動(dòng)力作用下進(jìn)入發(fā)酵體系，發(fā)酵液組分被氣提到氣相中，從而使發(fā)酵產(chǎn)物及時(shí)分離。以乳糖為底物，使用菌株Clostridium acetobutylicum P262生產(chǎn)丁醇過程中與氣提相耦合，丁醇質(zhì)量濃度由不氣提的8.1 g/L上升至11.0 g/L[47]。上海生物丁醇協(xié)作組通過菌株C.acetobutylicumEA 2018批式玉米醪發(fā)酵-氣提耦合技術(shù)，將ABE發(fā)酵產(chǎn)物的質(zhì)量濃度提高至30 g/L，其中丁醇20 g/L[35]。氣提發(fā)酵對(duì)解除產(chǎn)物抑制和產(chǎn)物富集是一種有效的方法，但被氣提出來的組分不是單一組分，往往是幾種混合物，由于各組分的沸點(diǎn)不同，可以通過不同的加熱和冷凝而得到純的單一產(chǎn)物。

4 生物發(fā)酵法生產(chǎn)丁醇新工藝

4.1 細(xì)胞固定化發(fā)酵

細(xì)胞固定化發(fā)酵技術(shù)被應(yīng)用于新能源開發(fā)、食品加工、醫(yī)藥行業(yè)、污水處理等領(lǐng)域，固定化方法多種多樣，主要有吸附、交聯(lián)、包埋、共價(jià)法等，載體材料包括海藻酸鈣、瓊脂、聚乙烯醇凝膠、聚丙烯酰胺凝膠、硅藻土、氧化鋁等[48]。細(xì)胞固定化發(fā)酵技術(shù)不僅可以提高生產(chǎn)效率，還可將細(xì)胞與產(chǎn)物分開，從而達(dá)到解除產(chǎn)物抑制的目的。除了常規(guī)的細(xì)胞固定化模式發(fā)酵產(chǎn)丁醇外，孔祥平等[49]對(duì)化學(xué)改性甘蔗渣對(duì)固定化細(xì)胞發(fā)酵產(chǎn)丁醇的影響進(jìn)行了研究，該試驗(yàn)將載體甘蔗渣用聚乙烯亞胺和戊二醛進(jìn)行表面化學(xué)改性，對(duì)丙酮丁醇梭菌C.acetobutylicumXY16進(jìn)行固定化丁醇發(fā)酵試驗(yàn)，發(fā)酵36 h后總?cè)軇┖投〈假|(zhì)量濃度分別達(dá)到21.67 g/L和12.24 g/L，生產(chǎn)速率比游離細(xì)胞和未處理的甘蔗渣固定化細(xì)胞發(fā)酵分別提高130.8%和66.7%。陳強(qiáng)等[50]以磚塊為固定化材料進(jìn)行丁醇發(fā)酵試驗(yàn)，以5～8目磚塊為固定化材料，流速1.1 L/min，發(fā)酵48 h后丁醇質(zhì)量濃度、生產(chǎn)率分別為11.02 g/L和0.23 g/（L·h），相比懸浮細(xì)胞發(fā)酵分別提高了10.53%和9.52%，細(xì)胞固定化發(fā)酵技術(shù)作為一種高效的發(fā)酵工藝具有極大的潛力。

4.2 多菌種共發(fā)酵

多菌種共發(fā)酵技術(shù)主要用于以纖維質(zhì)為原料的丁醇發(fā)酵中，在不添加外源纖維素酶的條件下，利用纖維素分解菌株和丁醇產(chǎn)生菌株的共同作用下獲得丁醇。林逸君等[51]通過纖維小體產(chǎn)生菌Clostridium thermocellumATCC 27405與產(chǎn)溶劑菌Clostridium beijerinckiiNCIMB 8052的偶聯(lián)培養(yǎng)，直接利用玉米棒芯產(chǎn)丁醇，且該產(chǎn)溶劑菌株能同時(shí)利用己糖和戊糖，在一定的發(fā)酵條件下還原糖積累量為37.4 g/L，最終得到總?cè)軇┑馁|(zhì)量濃度為16 g/L，其中丁醇8.75 g/L。共發(fā)酵工藝免去了復(fù)雜的原料預(yù)處理過程（酸水解、酶水解等），降低了預(yù)處理成本；產(chǎn)溶劑菌株能同時(shí)利用五碳糖，避免了資源的浪費(fèi)。但是，共發(fā)酵工藝所得丁醇產(chǎn)量偏低，后期可以通過基因工程技術(shù)對(duì)纖維素分解菌株和產(chǎn)溶劑菌株進(jìn)行修飾和改造以期得到高丁醇產(chǎn)量的菌株；也可以通過與適合的丁醇分離方法相耦合，及時(shí)將丁醇分離出來使丁醇產(chǎn)量增加。

5 展望

使用非糧生物質(zhì)原料發(fā)酵產(chǎn)第二代生物燃料丁醇是未來能源工業(yè)的發(fā)展方向，但真正的用于工業(yè)生產(chǎn)還需解決一些問題，如產(chǎn)量低和生產(chǎn)成本高的問題，綜合上綜述可以從以下幾個(gè)方面加以解決①使用價(jià)格便宜的農(nóng)作物秸稈、富含糖質(zhì)的植物或廢液等，從而降低生產(chǎn)成本。②高產(chǎn)或高耐受丁醇菌株的篩選和構(gòu)建，以提高產(chǎn)物濃度。③采用適宜的丁醇分離方法，從而解除產(chǎn)物的抑制，還可將丁醇富集，降低下游回收提純的成本。④使用丁醇新工藝，可以節(jié)約預(yù)處理成本，避免資源浪費(fèi)等。我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，每年的農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量巨大，大部分都通過焚燒處理掉，既浪費(fèi)資源又污染環(huán)境，如果能通過發(fā)酵法生產(chǎn)生物燃料，我國(guó)將有效的擺脫能源危機(jī)和糧食危機(jī)。

[1]LU C C,ZHAO J B,YANG S T,et al.Fed-batch fermentation for n-butanol production from cassava bagasse hydrolysate in a fibrous bed bioreactor with continuous gas stripping[J].Bioresource Technol,2012,104 (6):380-387.

[2]CHIAO J S,SUN Z H.History of the acetone-butanol-ethanol fermentation industry in china:development of continuous production technology [J].J Mol Microbiol Biotechn,2007,13(1/3):12-14.

[3]顧陽，蔣宇，吳輝，等.生物丁醇制造技術(shù)現(xiàn)狀和展望[J].生物工程學(xué)報(bào)，2010，26（7）：914-923.

[4]姜莉，朱榮富，石美玉，等.正丁醇作為生物燃料在生產(chǎn)和應(yīng)用方面的進(jìn)展[J].中外能源，2014，19（7）：30-35.

[5]黃格省，李振宇，張?zhí)m波，等.生物丁醇的性能優(yōu)勢(shì)及技術(shù)進(jìn)展[J].石化技術(shù)與應(yīng)用，2012，30（3）：254-259.

[6]潘微，熊蓮，彭萬峰，等.玉米漿干粉在葡萄糖和木糖混合丙酮丁醇發(fā)酵中的應(yīng)[J].化工進(jìn)展，2011（12）：2699-2703.

[7]宋鋼，鄭璞，倪曄，等.木薯發(fā)酵產(chǎn)丁醇的研究[J].生物加工過程，2012，10（2）：6-10.

[8]田毅紅，朱志豪，高媛，等.紅薯發(fā)酵產(chǎn)丁醇的工藝優(yōu)化[J].化學(xué)與生物工程，2016，33（2）：64-66.

[9]GU Y,HU S,CHEN J,et al.Ammonium acetate enhances solvent production byClostridium acetobutylicumEA2018 using cassava as a fermentationmedium[J].J Ind Microbiol Biotechn,2009,36(9):1225-1232. [10]QURESHI N,SAHAA B C,HECTOR R E,et al.Butanol production from wheat straw by simultaneous saccharification and fermentation usingClostridium beijerinckii:Part I-Batch fermentation[J].Biomass Bioenerg,2008,32(2):168-175.

[11]張良，袁永俊，楊攀.超微粉碎稻谷糠殼發(fā)酵產(chǎn)燃料丁醇的研究[J].西華大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，31（6）：92-97.

[12]陳麗杰，辛程勛，鄧攀，等.丙酮丁醇梭菌發(fā)酵菊芋汁生產(chǎn)丁醇[J].生物工程學(xué)報(bào)，2010，26（7）：991-996.

[13]彭萬峰，熊蓮，陳新德，等.甘蔗汁發(fā)酵生產(chǎn)丙酮丁醇的研究[J].太陽能學(xué)報(bào)，2010，31（8）：937-941.

[14]范俊輝，馮文亮，邸勝苗，等.利用甜菜糖蜜補(bǔ)料發(fā)酵生產(chǎn)丁醇[J].生物加工過程，2010，8（6）：6-9.

[15]張九花，蟻細(xì)苗，柳穎，等.木質(zhì)纖維原料制備燃料丁醇的研究進(jìn)展[J].甘蔗糖業(yè)，2014（4）：38-45.

[16]LI X,LI Z G,ZHENG J P,et al.Yeast extract promotes phase shift of biobutanolfermentationbyClostridiumacetobutylicumATCC824using cassava as substrate[J].Bioresource Technol,2012,125(7):43-50.

[17]潘賀鵬，羅瑋，顧秋亞，等.小麥淀粉廢水發(fā)酵生產(chǎn)丁醇[J].生物加工過程，2015，13（3）：7-13.

[18]程意峰，李世杰，黃金鵬，等.利用甜高粱秸稈汁發(fā)酵生產(chǎn)丁醇丙酮[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2008，24（10）：177-180.

[19]申利英，常春，劉利平.汽爆玉米秸稈脫毒及發(fā)酵丁醇工藝的實(shí)驗(yàn)研究[J].高?；瘜W(xué)工程學(xué)報(bào)，2013，27（4）：637-642.

[20]NOLLING J,BRETON G,OMELCHENKI M V,et al.Genome sequence and comparative analysis of the solvent-producing bacterium Clostridium acetobutylicum[J].J Bacteriol,2010,183(16):4823-4838.

[21]王風(fēng)芹，謝慧，楚樂然，等.產(chǎn)丁醇芽孢桿菌的分離、篩選與鑒定[J].微生物學(xué)通報(bào)，2010，37（1）：7-11.

[22]劉小波，羅瑋，顧秋亞，等.多輪次脅迫馴化及多因子復(fù)合篩選丁醇高產(chǎn)菌[J].微生物學(xué)通報(bào)，2012，39（11）：1629-1635.

[23]王義強(qiáng)，王啟業(yè)，華連灘，等.高產(chǎn)丁醇菌株誘變選育及發(fā)酵研究[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，35（10）：120-126.

[24]JIANG Y,XU C,DONG F,et al.Disruption of the acetoacetate decarboxylasegeneinsolvent-producingClostridiumacetobutylicumincreases the butanol ratio[J].Metab Eng,2009,11(4/5):284-291.

[25]SILLERS R,AL-HINAI M A,PAPOUTSAKIS E T.Aldehyde-alcohol dehydrogenase and/or thiolase overexpression coupled with CoA transferase downregulation lead to higher alcohol titers and selectivity in Clostridium acetobutylicumfermentations[J].Biotechnol Bioeng,2009, 102(1):38-49.

[26]ATSUMI S,CANN A F,CONNOR M R,et al.Metabolic engineering ofEscherichiacolifor1-butanolproduction[J].Metab Eng,2008,10(6):305-311.

[27]DELLOMONACO C,CLOMBURG J M,MILLER E N,et al.Engineered reversal of the β-oxidation cycle for the synthesis of fuels and chemicals[J].Nature,2011,476(7360):355-359.

[28]裴建新，左文樸，龐浩，等.高產(chǎn)生物丁醇新菌株的篩選、鑒定及發(fā)酵研究[J].可再生能源，2011，29（5）：99-102.

[29]閆永亮，劉宏娟，張建安.代謝工程在生物丁醇生產(chǎn)中的應(yīng)用及研究進(jìn)展[J].現(xiàn)代化工，2012，32（4）：25-29.

[30]TUMMALA S B,WELKER N E,PAPOUTSAKIS E T.Design of antisense RNA constructs for down regulation of the acetone formation path-way ofClostridium acetobutylicum[J].J Bacteriol,2003,185(6): 1923-1934.

[31]王啟業(yè)，王義強(qiáng)，田宇，等.基于楊木發(fā)酵產(chǎn)異丁醇大腸桿菌工程菌構(gòu)建[J].林業(yè)科學(xué)，2015，51（7）：157-164.

[32]張艷，周鵬鵬，王丕祥，等.丁醇合成途徑關(guān)鍵酶基因在大腸桿菌中的克隆和表達(dá)[J].微生物學(xué)報(bào)，2012，52（5）：588-593.

[33]林麗華，郭媛，龐浩，等.產(chǎn)異丁醇大腸桿菌工程菌的構(gòu)建[J].生物技術(shù)通報(bào)，2011（8）：208-212.

[34]蘇會(huì)波，李凡，彭超，等.新型生物能源丁醇的研究進(jìn)展和市場(chǎng)現(xiàn)狀[J].生物質(zhì)化學(xué)工程，2014，48（1）：37-43.

[35]華連灘，王義強(qiáng)，彭牡丹，等.生物發(fā)酵產(chǎn)丁醇研究進(jìn)展[J].微生物學(xué)通報(bào)，2014，41（1）：146-155.

[36]金付強(qiáng)，王建梅，胡素琴，等.萃取耦合發(fā)酵生產(chǎn)生物丁醇的研究進(jìn)展[J].現(xiàn)代化工，2010，30（2）：52-54.

[37]王鑫昕.原位萃取發(fā)酵耦合工藝高產(chǎn)丁醇的初步研究[J].河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，31（6）：62-64.

[38]楊立榮，岑沛霖，朱自強(qiáng).丙酮-丁醇間歇萃取發(fā)酵[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào)，1992，26（4）：388-398.

[39]潘賀鵬，羅瑋，顧秋亞，等.小麥淀粉廢水發(fā)酵生產(chǎn)丁醇[J].生物加工過程，2015，13（3）：7-13.

[40]王風(fēng)芹，程翔，謝慧，等.萃取耦合技術(shù)對(duì)玉米秸稈水解液發(fā)酵產(chǎn)丁醇的影響[J].生物工程學(xué)報(bào)，2013，29（10）：1515-1526.

[41]朱大偉，韋萍，吳昊，等.原位分離耦合技術(shù)制備生物丁醇的研究進(jìn)展[J].生物加工過程，2013，11（6）：90-96.

[42]NIELSEN D R,PRATHER K J.In situ product recovery of n-butanol using polymeric resins[J].Biotechnol Bioeng,2009,102(3):811-821.

[43]李智斌.生物丁醇提取技術(shù)研究進(jìn)展[J].廣州化工，2015，43（17）：38-40.

[44]李佟茗，譚惠芬，伍艷輝.生物丁醇的滲透蒸發(fā)分離膜研究進(jìn)展[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2013，41（6）：936-944.

[45]王風(fēng)芹，程翔，謝慧，等.滲透汽化技術(shù)在生物丁醇生產(chǎn)中的應(yīng)用進(jìn)展[J].化學(xué)與生物工程，2013，30（1）：1-6.

[46]童燦燦.滲透汽化分離耦合丙酮-丁醇發(fā)酵的研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2010.

[47]李款，劉宏娟，張建安.氣提耦合發(fā)酵技術(shù)在生物丁醇生產(chǎn)中的應(yīng)用及研究進(jìn)展[J].現(xiàn)代化工，2009，29（2）：22-26.

[48]奚悅，焦姮，劉小宇.固定化細(xì)胞技術(shù)及其應(yīng)用研究進(jìn)展[J].生命的化學(xué)，2013，33（5）：576-580.

[49]孔祥平，賀愛永，陳佳楠，等.化學(xué)改性甘蔗渣對(duì)固定化細(xì)胞發(fā)酵產(chǎn)丁醇的影響[J].生物工程學(xué)報(bào)，2014，30（2）：305-309.

[50]陳強(qiáng)，董晉軍，許國(guó)超，等.Clostridium saccharobutylicumDSM 13864細(xì)胞表面理化特性及固定化細(xì)胞產(chǎn)丁醇的性能[J].化工進(jìn)展，2015，34（12）：4214-4219.

[51]林逸君，聞志強(qiáng)，朱力，等.Clostridiumthermocellum與Clostridium beijerinckii偶聯(lián)發(fā)酵玉米棒芯產(chǎn)丁醇[J].高?；瘜W(xué)工程學(xué)報(bào)，2013，27（3）：444-449.

《中國(guó)釀造》雜志廣告征訂啟事

《中國(guó)釀造》創(chuàng)刊于1982年，是由中國(guó)商業(yè)聯(lián)合會(huì)主管，中國(guó)調(diào)味品協(xié)會(huì)及北京食品科學(xué)研究院主辦的綜合性科技月刊（國(guó)內(nèi)統(tǒng)一刊號(hào)CN 11-1818/TS，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)刊號(hào)ISSN 0254-5071，廣告許可證號(hào)：京宣工商廣字第0033號(hào)）。全國(guó)各地郵局均可訂閱，郵發(fā)代號(hào)：2-124；國(guó)外總發(fā)行：中國(guó)國(guó)際圖書貿(mào)易總公司，國(guó)外發(fā)行代號(hào)：BM1437。《中國(guó)釀造》歷次被評(píng)為全國(guó)中文核心期刊、中國(guó)科技核心期刊、《中國(guó)知網(wǎng)》重點(diǎn)收錄期刊、《萬方數(shù)據(jù)庫(kù)》全文收錄期刊、《中文科技期刊數(shù)據(jù)庫(kù)》來源期刊、中國(guó)學(xué)術(shù)期刊網(wǎng)絡(luò)出版總庫(kù)收錄期刊、美國(guó)《烏利希期刊指南》（UPD）收錄期刊、英國(guó)《食品科學(xué)文摘》（FSTA）收錄期刊、英國(guó)《國(guó)際農(nóng)業(yè)與生物科學(xué)研究中心》（CABI）收錄期刊、美國(guó)《化學(xué)文摘》（CA）收錄期刊、俄羅斯《文摘雜志》（AJ）收錄期刊、中國(guó)科學(xué)評(píng)價(jià)研究中心（RCCSE）數(shù)據(jù)庫(kù)收錄期刊，也是學(xué)位與研究生教育的中文重要期刊。

《中國(guó)釀造》重點(diǎn)報(bào)道調(diào)味品、釀酒、食品微生物、食品添加劑、發(fā)酵乳制品、生物工程技術(shù)、生物化工、生物質(zhì)能源的開發(fā)利用等研究方向的新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備、分析檢測(cè)、安全法律法規(guī)及標(biāo)準(zhǔn)、保鮮與貯運(yùn)技術(shù)、綜合利用、質(zhì)量保障體系等方面的基礎(chǔ)理論、應(yīng)用研究及綜述文章。設(shè)有“研究報(bào)告”、“專論綜述”、“創(chuàng)新借鑒”、“經(jīng)驗(yàn)交流”、“分析檢測(cè)”、“產(chǎn)品開發(fā)”、“釀造文化”、“海外文摘”等欄目。

《中國(guó)釀造》發(fā)行歷史長(zhǎng)、范圍廣、行業(yè)知名度高，廣告影響面大，效果甚佳，而且價(jià)格合理，是一個(gè)理想的宣傳媒體。歡迎新老廣告客戶來函、來電、來人聯(lián)系辦理廣告業(yè)務(wù)，我們將提供一切方便，竭誠(chéng)為您服務(wù)。

《中國(guó)釀造》是您企業(yè)品牌推廣、品質(zhì)提升、技術(shù)交流、產(chǎn)品推介的最佳平臺(tái)。

郵箱：zgnzzz@163.com網(wǎng)站：www.chinabrewing.net.cn電話：010-83152738/83152308

《中國(guó)釀造》雜志社

Research progress of butanol fermentation production

WANG Hong1,LUO Huibo1,2*,LIAO Yuqin1,DENG Lu1,LIU Lin1,LI Fen1
(1.College of Bioengineering,Sichuan University of Science&Engineering,Zigong 643000,China; 2.Liquor Making Bio-Technology&Application of Key Laboratory of Sichuan Province,Zigong 643000,China)

In recent years,the international market oil price is greatly rising and supply is not stable.Meanwhile,the environmental pollution problem is increasingly prominent.Using renewable raw materials to produce butanol by fermentation is attracting widespread attention.Butanol,as a kind of clean and sustainable fuel used in the energy industry,has good potential and prospect.At present,the cost for butanol production is high,mainly in high raw material cost and low product concentration.The paper reviewed the research status of fermentation technology for butanol production from four aspects:selection of non-food biomass,breeding or constructing new strains with high butanol production,separation of butanol and selection of suitable new technology,which aims at providing reference for reducing the cost of production and promoting the development of butanol industry.

butanol;fermentation;strains;feedstock;technology

TQ923

0254-5071（2017）04-0010-05

10.11882/j.issn.0254-5071.2017.04.003

2017-02-07

四川理工學(xué)院研究生創(chuàng)新基金項(xiàng)目（y2016003）

王洪（1991-），男，碩士研究生，研究方向?yàn)獒劸粕锛夹g(shù)及應(yīng)用。

*通訊作者：羅惠波（1969-），男，教授，碩士，研究方向?yàn)獒劸粕锛夹g(shù)及應(yīng)用。