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《酶混合物提高纤维素乙醇的产率》

  • 来源专题：生物科技领域知识集成服务
  • 编译者： 陈方
  • 发布时间：2020-09-11

  • 2020年5月22日Biotechnology for Biofuels报道，巴西能源与材料研究中心（Center for Research in Energy and Materials，CNPEM）的研究人员对里氏木霉（Trichoderma reesei）RUT-C30菌株进行基因工程改造，以产生一组酶混合物，分解生物质中难以分解的碳水化合物（例如甘蔗渣），将其转化为可发酵的糖，更加有效地将生物质转化为生物燃料。低成本的酶组合是生产第二代燃料乙醇的主要挑战之一，该研究为优化利用甘蔗渣生产生物燃料铺平了道路。
    里氏木霉是植物细胞壁降解酶的主要生产者之一，被广泛应用于生物技术领域。为了提高降解生物质的效率，研究人员利用CRISPR / Cas9基因编辑技术向里氏木霉RUT-C30中引入了六种基因修饰，包括纤维素酶主调节剂XYR1突变等位基因、两种异源酶的表达、来自埃默森篮状菌（Talaromyces emersonii）的β-葡萄糖苷酶CEL3A和黑曲霉的转化酶SUC1、以及编码纤维素酶抑制剂ACE1和细胞外蛋白酶SLP1和PEP1基因的缺失。这些改变导致了蛋白分泌率的显著提高，并修正了里氏木霉广泛存在的葡萄糖糖苷酶缺乏的问题，同时使蔗糖得到有效利用，消除了产生酶所需的诱导糖。
    利用该生物工艺，该工程菌株的胞外蛋白滴度达到80.6 g·L−1，是目前报道的最高实验滴度。生产出来的酶混合物显示出纤维素酶和半纤维素酶活性水平的提高，特别是葡萄糖糖苷酶（72倍）和木聚糖酶（42倍）活性的提高。此外，在分解工业预处理的甘蔗秸秆时，该工艺也显示出类似于商业上可行的纤维素酶制剂的糖化效率。
    该研究证明了利用具有良好特征的RUT-C30开发纤维素酶高产菌株的合理步骤，并与工业相关的生物过程相结合，为木霉纤维素酶生产研究提供了新的前景。研究者表示，尽管该平台是为从甘蔗渣中生产纤维素乙醇而定制的，但该酶混合物也可以分解其他种类的生物质，用于生产其他生物产品，例如塑料和化学品。
                                           吴晓燕 编译自https://phys.org/news/2020-08-enzyme-cocktail-brazil-powers-production.html
                                              原文链接：https://biotechnologyforbiofuels.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13068-020-01732-w
                        原文标题：Rational engineering of the Trichoderma reesei RUT-C30 strain into an industrially relevant platform for cellulase production

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相关报告

  • 《我国对于纤维素乙醇的需求市场潜力巨大》
    • 来源专题：能源情报网信息监测服务平台
    • 编译者：guokm
    • 发布时间：2023-02-27
    • 纤维素乙醇，是以农作物秸秆与壳皮、林业边角料等植物纤维为原料制造而成的燃料乙醇。为应对能源危机、保护生态环境，燃料乙醇受到关注。一直以来，乙醇是以粮食为原料制得，随着燃料乙醇需求攀升，此领域粮食消耗量不断增加，纤维素乙醇以农林废弃物为原料生产燃料乙醇，可提高资源利用率、避免粮食浪费，因此被寄予厚望。 全球农作物秸秆产量庞大，以我国来看，我国每年农作物秸秆产生量达到9亿吨以上，早期主要处理方式是焚烧，不仅会造成资源浪费，还会造成空气污染，因此纤维素乙醇技术发展可行性高。我国发展纤维素燃料乙醇能够产生显著的综合效益。一是促进环境保护。我国已经出现了严重的雾霾问题，秸秆焚烧是雾霾的季节性污染源之一，禁绝秸秆焚烧是京津冀等大气污染严重地区的紧迫任务。以秸秆为原料生产纤维素燃料乙醇，推动农作物秸秆高值利用和高端转化，能够解决秸秆等农林废弃物焚烧问题。同时，纤维素燃料乙醇有利于碳减排，为履行我国在2015年气候变巴黎大会上作出的“2030年左右使二氧化碳排放达到峰值并争取尽早实现”承诺作出积极贡献。二是促进能源替代。生物燃料乙醇是交通运输液体燃料中里唯一能够大规模替代化石能源的清洁可再生能源，而纤维素燃料乙醇是代表生物燃料乙醇未来发展方向的先进生物液体燃料，能够有效替代化石能源。三是促进贫困地区的乡村振兴。生物质中的糖以纤维素、半纤维素形式存在，其中，纤维素糖使用传统发酵法可以转化为乙醇，而半纤维素糖转化难度高，并且，不同的植物纤维素成分存在差异，因此纤维素乙醇技术难度高。 现阶段，纤维素乙醇制备工艺主要有酸水解法、酶水解法、发酵法、联合生物加工法等。其中，酸水解法包括浓酸水解与稀酸水解两种，其收率较高，可处理不同原料，但存在污染性；酶水解法反应条件温和，对环境友好，但生产效率低，成本高；发酵法与联合生物加工法仍在探索过程中，特别是联合生物加工法理论上是最优良的纤维素乙醇生产方式，因此其技术研究还在不断深入。 根据新思界发布的《2021-2026年中国纤维素乙醇行业市场深度调研及发展前景预测报告》显示，在海外市场中，已经开始纤维素乙醇商业化布局的企业主要有美国POET-DSM、德国Clariant、意大利Beta Renewables、巴西GranBio等。全球纤维素乙醇行业规模正在不断扩大。 我国政府大力推动乙醇汽油覆盖率提升，利好我国纤维素乙醇行业发展。2017年9月，国家发改委、国家能源局等十五部门联合印发《关于扩大生物燃料乙醇生产和推广使用车用乙醇汽油的实施方案》，提出到2020年全国范围内基本实现车用乙醇汽油全覆盖，到2025年力争纤维素乙醇实现规模化生产。在此背景下，我国纤维素乙醇行业迎来发展机遇。 分析人士表示，纤维素乙醇行业发展具有缓解能源危机、资源再利用、保护生态环境等突出优点，具有明显的社会与经济效益，因此受到全球多个国家的关注。纤维素乙醇原材料来源广泛，随着生产技术不断突破，正在逐步进入商业化发展阶段，未来市场前景广阔。与国外相比，当前我国纤维素乙醇行业也面临一定程度的瓶颈。一是秸秆低密度、高分散、难储存，收储运易受到季节、气候、地域和道路等因素制约，导致原料收购成本高、可持续供应难度较大。二是我国纤维素燃料乙醇产业化技术和装备成熟度不高，投资门槛高，投资回报期相对较长。三是新兴产业尚处于商业化初期，还缺乏有力的财税扶持政策。四是纤维素燃料乙醇与粮食燃料乙醇在终端消纳上没有区别，在成本远高于其他燃料乙醇产品的情况下，缺乏市场竞争力。 为此，专家建议我国应加大力度发展纤维素乙醇：一是大力支持纤维素燃料乙醇产业化技术创新。在纤维素预处理、酶制剂和戊糖发酵等关键技术基本成熟基础上，推动技术集成优化和完善。二是出台实质性财税扶持政策。参照国外成熟做法和国内相关领域经验，阶段性对纤维素燃料乙醇提供政策扶持，以加快我国纤维素燃料乙醇规模化、商业化进程加强纤维素燃料乙醇优先消纳保障。三是对纤维素燃料乙醇给予优先消纳权，明确要求石油企业应足额消纳纤维素燃料乙醇，并对纤维素燃料乙醇企业产品销售在销量、价格上给予差别化保障。
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  • 《RYAM将在法国建设二代纤维素乙醇工厂》
    • 来源专题：能源情报网信息监测服务平台
    • 编译者：guokm
    • 发布时间：2023-07-06
    • 2023 年 6 月 15 日，Rayonier Advanced Materials Inc.（简称RYAM公司）在位于法国 Les Landes 塔塔斯的第二代生物乙醇工厂举行了奠基仪式。RYAM是生产高纯度纤维素特种产品的全球领导者，出席此次活动的有知名人士和 RYAM 的执行领导团队成员，包括总裁兼首席执行官 De Lyle Bloomquist。 作为生物材料技术的先驱，RYAM将进一步利用其木质原料的价值（不与食品竞争）生产第二代（2G）生物乙醇，这是一种清洁、环保燃料，碳足迹比化石燃料汽油低90%。通过满足欧洲市场石化公司的清洁和可再生能源需求，RYAM的生物乙醇有望为减少碳排放做出重大贡献。 RYAM总裁兼首席执行官De Lyle Bloomquist说：“随着第二代生物乙醇产品的成功开发，RYAM正在朝着实现生物未来和促进更可持续发展迈出重要一步”。目前世界对这种新型创新的原料生产的可再生生物燃料需求强劲，极大的促进了我们利用现有的植物和纤维素来生产生物基产品的动力。 RYAM的新生物乙醇工厂将从现有的生物材料精炼过程中捕获残留的糖，并将这些糖转化为二代生物乙醇。该项目将提高塔塔斯工厂运营的循环性，从而使RYAM的主要原材料（可持续采购的树木）的很大一部分用于更高价值的商业最终用途。 RYAM生物材料负责人Christian Ribeyrolle说：“第二代生物乙醇不仅仅是引入新的产品管道。第二代生物乙醇是RYAM迄今为止对其更可持续的BioFuture的最大投资，“通过与客户合作，我们的第二代生物乙醇为欧洲汽油市场提供了绿色生物燃料替代品，并每年可减少约25，000吨二氧化碳排放来帮助应对气候变化。 新装置的设计产能为2100万升生物乙醇，计划于2024年上半年开始商业运营。该工厂已获得ISCC欧盟的认证，符合可再生能源指令（RED II）。RYAM已与欧洲一家大型国际石化公司签订长期承购（销售）协议，以购买第二代生物乙醇，并通过低成本绿色贷款为其大部分投资提供资金。 关于RYAM（瑞雅姆） RYAM 是纤维素基技术的全球领导者，包括生产高纯度纤维素特种产品，用于过滤器、食品、药品和其他工业应用的天然聚合物，以及为纸张和包装市场产品。凭借在美国、加拿大和法国的制造业务，RYAM 拥有约 2，500 名员工，2022 年的收入估计为 17 亿美元。法国塔塔斯的生物精炼厂位于朗德斯松树林的中心地带，朗德斯松林是欧洲最大的可持续管理森林，拥有14万吨特种纤维素生产厂，能够生产世界上粘度最高的木纤维素，同时生产和销售20兆瓦的绿色电力及系列生物产品。
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