现有木质纤维素生物转化技术比较

 整合生物糖化技术未来的研究方向和需要解决的关键问题

近日，中国科学院青岛生物能源与过程研究所崔球研究员领导的代谢物组学研究组另辟蹊径，提出了基于纤维小体全菌催化剂的木质纤维素“整合生物糖化”（简称CBS）策略，并在近日上线的综述文章中系统阐述了该策略的研究现状、技术优势，以及未来需要解决的问题和方向，为木质纤维素生物转化的工业化实现提供了技术指引。 

据介绍 ，木质纤维素生物质具有替代化石资源的巨大潜力，可有效缓解全球对原油的依赖。目前，国内外已有一些纤维素乙醇等木质纤维素产品问世，但与化石来源的产品相比，木质纤维素产品大多仍不具备市场竞争力，因此亟需提高木质纤维素转化技术的经济性。木质纤维素转化主要包括预处理、酶解糖化以及发酵三个步骤，其中糖化被认为是木质纤维素生物转化可行性的决定性因素。

记者了解到，与目前已知的其他木质纤维素生物转化策略相比，CBS策略一方面采取类似于“整合生物加工（简称CBP）”的方式将酶的生产与水解步骤有机整合，因此在用酶成本方面具有优势；另一方面将下游发酵步骤进行一定程度上的分立，并将可发酵糖用作下游发酵中的平台化学品，与CBP相比具有显著的产品出口灵活性。该研究组研究人员前期已成功构建了高效的CBS全菌催化剂，优化了糖化过程以降低生产成本并缩短了过程，并且通过偶联预处理工艺和下游应用技术，初步建立了基于CBS工艺的整个木质纤维素生物转化途径，在实验室小试水平完成了CBS工艺开发。

科研人员介绍，CBS工艺以可发酵糖作为产品，因此，使可发酵糖的生产成本低于淀粉糖成本，是将基于CBS工艺的木质纤维素生物转化技术应用于实际工业生产的前提。为此，该论文详细讨论了未来进一步提高CBS糖化效率和糖产量的研究方向，以及在CBS生物催化剂和工艺的优化方面需要解决的关键问题。 

目前，该研究组正在与企业合作将CBS工艺进行中试放大，解决中试放大过程中的工程技术问题，建立基于该工艺的工业示范系统，完成整套基于CBS工艺的木质纤维素生物转化技术方案。CBS工艺有望以具有经济实用性和可持续性的方式将木质纤维素生物转化带入实际的工业应用中，从而极大地促进木质纤维素生物质资源的大规模应用。

代谢物组学研究组刘亚君副研究员为该论文第一作者，刘亚君副研究员、冯银刚研究员和崔球研究员为该论文的通讯作者。该工作得到了中科院战略性先导专项、国家自然科学基金委、山东省自然科学基金委的资助。

相关论文信息： doi: 10.1016/j.biotechadv.2020.107535