酶制剂在纤维乙醇生产中 的成本如何？

    经预处理过后的生物质需要进一步酶解，生物质的酶水解是由具有高效性 的纤维素酶来完成的。水解产物通常是包含葡萄糖在内的还原糖。细菌和真菌 能产生使木质纤维原料水解的纤维素酶。
  微生物可以是需氧或厌氧的、嗜热或 嗜温的。纤维素酶通常是几种酶的混合物，在水解过程中包括至少3种主要的 纤维素酶。  (1)内切β-葡聚糖酶（EC 3。 2。 1。4，endoglucanases)简称 EG I -IV，属于内 切酶，作用于纤维素大分子的内部，随机切割β- M葡萄糖苷键，随机产生短链分 子;产生的小分子可以被下面介绍的CBH所作用。
  (2)外切β-葡聚糖酶又称微晶纤维素分 解酶，简称CBH酶，又分为两大类:①β-1,4-葡聚糖葡萄糖水解酶CBH I :作用 于纤维素分子链的非还原性末端，切割β- 1,4键，产物是葡萄糖。  ②β- 1,4 -葡聚糖纤维二糖水解酶cbh n:同样作用于纤维素分子链的非还原性末端，但产物是 纤维二糖。
  (3)β-1,4葡萄糖苷酶（EC 3。2。 1。21)又称BGL酶,可水解纤维二糖和短 链寡糖成葡萄糖。除了这3种主要的纤维素酶以外，还有很多的辅酶能够作用于半纤维素。  如 葡糖苷酸酶、乙酰酶、木聚糖酶、β-木聚糖酶、半乳甘露聚糖酶和葡甘露聚糖酶等。
   最新的研究表明：添加果胶酶和阿魏酯酶(femloyl esterase)会增加半纤维素和纤维 素的转化。与由淀粉质原料生产酒精的用酶量相比，纤维素酒精生产中纤维素酶的用量 要多出50 ~200倍，再加上纤维素酶/半纤维素酶是相对较贵的酶（与淀粉酶相 比），这就是纤维素酒精生产与谷物酒精的生产相比酶制剂成本显得昂贵的主要原 因。
    世界范围内有很多科研工作者在努力降低纤维素酶的成本，包括集传统筛选 和现代分子生物学的大通量筛选等手段选育高产纤维素酶、木质素酶菌种;利用工 业蛋白质工程来改造酶的性质。
  具体的酶制剂以后的研究方向：增加酶的热稳定 性;增加酶的专一性;水解速度更快;改善纤维素酶和半纤维素酶和其他酶活力之 间协同作用，以期最大限度发挥各种酶的活力，从而降低成本;减少酶的产品抑制； 增加酶对酒精的耐受力;减少和底物非有效的结合/作用等。
    正因为挑战难度之大，美国能源部才投资支持杰能科国际公司的科学家及其 他大学和研究所,研制开发从木质纤维原料中转化酒精的生物技术。自2000年 起，杰能科国际生物公司与美国能源部下属的美国国家再生能源实验室（NREL)合 作,双方共同投资2000万美元，开发低成本的纤维素酶和其他酶，用来转化生物质 生产酒精和其他产品。
    在NREL模式下,3年内的目标是将纤维素酶的成本降低 1/10。这一目标已在以下2个方面取得了重大的进步，即纤维素酶生产的经济性 (每克酶减少的成本）和纤维素酶的性能[所需纤维素酶减少的质量（g)]。
  2003 年，由于研究开发了一套生产强效的纤维素复合酶系统的工艺，实现了酶的成本降 为原来1/20的目标，而且还超过了此目标。  最近，酶的成本又进一步降低至原来 的1/30,因此酶制剂的成本问题已经不再是工业化的主要阻碍，图4 -2显示了酶 制剂成本随时间的变化。
  当然值得指出的是,这个酶成本的降低是以美国能源部 所提供的预处理底物为基准的，对其他底物的处理效果可能会不同。杰能科推出的ACCELLERASE复合纤维素酶是第一个商业化的纤维酒精专用 酶。  ACCELLERASE® 1500是经基因改造的里氏木霉生产的复合酶制剂，含有内切 召-葡聚糖酶、外切/3 -葡聚糖酶、半纤维素酶、β-葡萄糖苷酶的活力；ACCELLE- RASE® XC含有半纤维素和纤维素酶的活力;ACCELLERASE® BG是；β-葡萄糖苷 酶。
    2011年2月推出的ACCELLERASE® DUET不仅含有内切β-葡聚糖酶、外切 卢-葡聚糖酶、β-葡萄糖苷酶的活力，还含有木聚糖酶的活力；最新推出的ACCELLERASE® TRIO 进一步优化了所含酶的比例， ACCELLERASE® TRIO 将不同酶的发酵液组合在一起，使生物质原料中的葡聚糖C6和木聚糖C5水解成可发酵的糖 类，从而提高每单位原料生产的乙醇产量，ACCELLERASE® TRIO适用于宽范围的 可再生原料，允许生产者选择其区域内丰富的非食用作物和城市固体废物为原料， 转化成乙醇或生物化学品，此ACCELLERASE® TRIO可以通过降低黏度和使生产 者处理更多的生物质来提高总的生产量。
    与此类似的，诺维信已经商业化的纤维 素酶有Cellic Ctec和Cellic Htec。Cellic Ctec和Cellic Htec协同作用，可以作用于 多种底物，如甘蔗渣、玉米芯、玉米秸杆、木头渣等。
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