2008
2. 华南理工大学生物科学与工程学院, 广州, 510640
纤维素是自然界分布最广、产量最多、价格 低廉，而又未得到充分利用的可再生资源。据估 计每年全球通过生物合成可再生性纤维素1000 亿t，除少量用于造纸、建筑、纺织等行业或用 作粗饲料、薪柴外，大部分未被有效利用而白白 烂掉或烧掉，有些还造成环境污染(例如焚烧)[1]。 甘蔗糖厂压榨蔗汁剩余的蔗渣除水分和少量无机 物外，绝大部分是有机成分，半纤维素、纤维素、 木质素，这三种成分占90％以上，故属纤维原料。 目前蔗渣在糖厂只作燃料、造纸或人造板原料， 且用作造纸和人造板已渐被淘汰，作为燃料则糖 厂有剩余，通过生物技术将这些纤维废弃物转化 为能源用作汽油代替品是今后发展方向。因此， 纤维素生物转化燃料乙醇对当前世界能源危机、 粮食短缺和环境污染等问题具有重要意义，以废 纤维为原料生产乙醇的研究近年来日益受到重 视。
理想的方法是先对生物原料进行预处理，继 而用酶将预处理后的原料水解成可通过发酵转化 为酒精的糖类。预处理研究的焦点在于减少过程 的生物转化时间，降低纤维素酶用量以及提高酒 精产量。
预处理的目的是改变天然纤维素的结构，破 坏纤维素—木质素—半纤维素之间的连接，降低 纤维素的结晶度，脱去木质素，增加原料的疏松 性以增加纤维素酶系与纤维素的有效接触，从而 提高酶效率。预处理必须满足以下要求[2]：①促 进糖的形成，或提高后续酶水解形成糖的能力； ②避免糖的降解或损失；③避免形成副产物阻碍 后续水解和发酵过程；④节约成本。目前木质生 物资源的预处理方法有多种，应用研究较多的是 化学法、物化法、生物法以及上述方法的综合。
酸水解法分为浓酸水解和稀酸水解。高浓酸， 比如硫酸和盐酸可用来处理木质纤维原料，但是 强酸有毒、具有腐蚀性，需要耐酸反应器；另外， 强酸预处理后必须回收，增加了生产成本[3]。稀 酸水解已经成功地用于木质纤维原料预处理。稀 酸预处理方法主要有两种：一是低固体载荷（底 物重量/反应混合物重量5％～10％）、高温（＞ 160℃）、持续流动；二是高固体载荷（10％～40 ％）、低温（＜160℃），间歇流动[4]。尽管稀酸预 处理可以高效地促进纤维素水解，但是其成本比 物理化学法比如蒸汽爆破法或AFEX 法要高，而 且预处理后必须将pH 值调到中性以便于后续酶 法水解或发酵。江南大学生物工程系实验室实验 研究了酸两步水解法，即玉米芯先浓酸后稀酸水 解得糖率81％，石灰中和后接种酵母发酵乙醇[5]。
碱水解的机理是基于连接木聚糖半纤维素和 其它组分内部分子之间（比如木质素和其他半纤 维素之间）酯键的皂化作用。连接键的脱除增加 了木质纤维原料的多孔性。NaOH 稀液处理引起木 质纤维原料润胀，结果导致内部表面积增加，聚 合度降低，结晶度下降，木素和碳水化合物之间 化学键断裂，木质素结构受到破坏。Chosdu 等[6] 采用光照和2％ NaOH 溶液相结合的方法对玉米 杆等原料进行预处理，发现未经预处理的玉米杆 葡萄糖得率为20％，而电子束照射和2％ NaOH 溶 液处理后得率为43％。氨也被用来脱除木质素， Lyer 等[7]阐述了氨回收过滤法（温度170℃，氨 用量2.5％～20％，反应时间1 h）处理玉米穗轴、 杆混合物及柳枝稷木质原料，脱木质素率分别为 80％和65％～85％。
在有机溶剂法中，有机溶剂或水性有机溶剂 和无机酸催化剂混合物可用来断裂木质素和半纤 维素内在的化学键。使用的有机溶剂包括甲醇、 乙醇、丙酮、乙烯基乙二醇、三甘醇及四氢化糠 基乙醇。有机酸比如草酸、乙酰水杨酸和水杨酸 可作为有机溶剂法的催化剂。在高温条件下无需 添加催化剂即可获得满意的脱木质素度。使用的 溶剂经过排放、蒸发、浓缩和回收处理，既可降 低成本又避免了阻碍微生物生长、酶法水解和发 酵的化合物生成。加拿大Ligonot 公司与澳大利 亚SRI 合作以蔗渣为原料，用乙醇在185℃，2.5 MPa 压力下蒸煮脱木质素和半纤维素，蒸煮后脱 水的净纤维浆料可以再水解获得六碳糖，或用此 净纤维浆制纸。用有机溶剂乙醇融解木质素，能 使木质素没有过度破坏而保持其活性状态，从而 更好利用其生产高附加值产品。除木质素和纤维 素后的浆料，更适合制高质量纸或更有利于水解 变糖。巴西Dedini，copersugars (联产糖－乙 醇工厂)合作并出资研究Dedini 快速水解法 （DHR）方法，已建成5 m3/d 蔗渣快速水解中试 工厂:工艺以乙醇－水的混合物作为溶剂，加稀硫 酸0.1％～0.25％作反应催化剂，在170～185℃， 20～25 kg/cm2 的条件下在水解锅煮10～12 min 后，总还原糖转化率为59％，水解液含糖80 g/L （水解锅能力为20 kg/h 粗蔗渣），再用酵母转化 为乙醇，乙醇连续发酵罐为10 Ｌ。中试产率1 t 50％水分蔗渣产乙醇约100Ｌ,成本427.4 美元/m3 乙醇。
蒸汽爆裂法是用高压饱和蒸汽处理生物质原 料，然后突然减压，使原料爆裂降解。以蒸汽爆 破法预处理木质纤维原料的尝试始于上世纪80 年代早期，由Iotech 公司研究发现[8]。木质纤维 原料经蒸汽爆破法预处理后，木糖的回收率一般 在45％～65％[9,10,11]。对物料进行蒸汽爆破时，若 添加H2SO4 (或用SO2、CO2 )作为催化剂，或在蒸 汽爆破之前，预先以SO2 或H2SO4 对物料处理，可 提高半纤维素的水解速率，提高单糖在糖液中所 占的比例，并可使木质素分解，主要是使酸可溶 木质素分解[12]。
在加温加压条件下，由于水和氧的共同作用， 木质素可被过氧化物酶催化降解，处理后的物料 可增强对酶水解的敏感度。匈牙利Eniko 等人[13] 采用湿氧化法在195℃、15 min、1.2 MPa、2 g/L Na2CO3 对60 g/L 玉米秸秆进行预处理,其中60％ 半纤维素、30％木质纤维被溶解，90％纤维素呈 固态分离出来，纤维素酶解转化率达85％左右。 我国吉林轻工业设计研究院（联合国援华玉米深 加工研究中心）吉林陀牌农产品开发公司与丹麦 瑞速国家实验室2003 年开始合作研究“玉米秆湿 氧化预处理生产乙醇”,2005 年阶段性鉴定,规模 为10 L 发酵罐。阶段性实验结果:在实验室条件下, 玉米秆经湿氧化预处理后纤维素得率78.2％～ 83.6％；酶水解后酶解率86.4％；糖转化为乙醇 产率48.2％。在只利用六碳糖的情况下，7.88 t 玉米秆产1 t 乙醇。在10 L 全自动发酵罐发酵乙 醇，发酵时间62 h，酒精度6.2％。
在CO2 爆破法处理过程中，部分CO2 以碳酸 的形式存在，增加木质纤维素的水解率。Walsum 等[14]使用CO2 爆破法对玉米秸秆进行预处理，结 果表明：CO2 爆破法处理后的玉米秸秆比水蒸汽 爆破后的玉米秸秆水解后木糖和呋喃糖得率明显 提高，处理的效果与CO2 的压力有关，同时也证 实了碳酸可以作为后续水解的催化剂。河北农业 大学食品科技学院实验室研究用CO2 爆破法对纤 维物质（玉米芯）预先处理后用稀酸水解半纤维 素，然后用酶法水解纤维素转化为单糖，再发酵 成乙醇。
生物处理是利用分解木质素的微生物除去木 质素，以解除其对纤维素的包裹作用。白腐菌、 褐腐菌和侧耳真菌[18,19,20]等微生物常被用来降解木 质素和半纤维素，由于天然的纤维素分解菌活性 低，降解速度慢，而纤维素的降解需要多种酶协 同作用，所以充分利用自然界多种微生物的协同 关系，人工筛选构建能够产生多种纤维素酶的高 效稳定复合菌系，引起了人们的高度重视[21]。从 成本和设备角度出发，生物法预处理显示了独特 的优势，可用专一的木质酶处理原料，分解木质 素和提高木质素消化率。这种方法虽然在试验中 取得了一定的成功，但多停留在实验阶段。
当前的预处理研究和开发主要是确认评估、 开发论证哪些从根本上支持预处理后原料的后续 酶水解有前途的方法，不同的原料预处理方法也 会有所不同。因此，若干物理化学和生物的处理 方法被进行评估，处理后物料的成分取决于生物 原料的来源和预处理的方式。物理处理，包括高 温、辐射，目的是为了减小尺寸和机械去晶，这 种方法大多数效果有限，而且花费较高。生物处 理这种方法允许天然微生物在生物原料中繁殖生 长，导致纤维素和木质素的降解，但这个过程的 效率不是很高且需要很长的反应时间。所以，以 化学为基础的方法显得有意义并得到关注。这些 方法使用稀酸溶液和蒸汽或加压的热水，造成原 料大量的半纤维素成分的水解，这样便可从半纤 维素成分中获得高产的可溶性糖。热洗过程是稀 酸处理工艺的改进，包括了高温分离和预处理后 的固体物料的洗涤，木质素的重新沉淀会对预处 理后的固体物料的酶水解造成负面影响。另一方 面，碱法通常对木质素的增溶作用更为有效，而 留下了许多以聚合体的形式的不可溶的半纤维 素。氨水冷冻爆破撕裂了木质纤维素，减少了所 需的纤维素酶，但未能除去半纤维素和木质素。 所有预处理过程的局限性在于资金投入大。例如 需要昂贵的反应器材料，废料的处理及预处理催 化剂的回收，增加了处理过程的额外成本。一些预处理过程，AFEX 提供了诸如废物产生少对有利于减少操作费用的 潜在优势。因此，预处理的成功标准可以缩小为 纤维素的高消化，半纤维素糖的高回收，低能耗， 低的木质素降解以及过程化学药品的可回收性。
本方法的特点是基于纤维分解细菌直接发酵 纤维素生产乙醇，不需要经过酸解或酶解的前处 理过程。吕福英[22]等分离出能直接发酵纤维素生 产乙醇的高纯富集物，利用此富集物能直接将木 质纤维素材料发酵成乙醇。该工艺方法设备简单， 发酵周期短，成本低廉；但乙醇产率不高，产生 有机酸等副产物。
葡萄糖和木糖共发酵面临的主要问题有三个: 其一为木糖发酵菌对环境及酒精的耐受力不如葡 萄糖发酵菌[23,24],无形中限制了后者发酵性能的 充分发挥;其二为葡萄糖对木糖代谢的阻遏,导致 木糖发酵滞后;其三为两种菌对氧的需求不一样 [25],或者溶解氧将抑制某种菌的发酵。为解决这些 问题，研究者开展了许多工作。ZHANGWEN WU 等[26] (1998 年)提出了利用非等温同时糖化发酵法 (NSSF)生产乙醇的工艺流程。利用NSSF 法很好地 解决了纤维素酶糖化与酵母发酵两个过程中温度 不协调的矛盾。杨斌等[27](1997 年)针对多碳源发 酵乙醇的菌株不多、工艺及设备满足代谢上有一 定困难，碳源利用率低，酒精产率低等问题，提 出了采用气升柱发酵木糖和溢流柱发酵葡萄糖的 串联发酵工艺。串联发酵是首先经P. stipitis 酵母的限氧发酵后，再经S.cerevisiae 的厌氧过 程而结束。
固态发酵技术以其特有的优点(如无“三废” 排放)引起人们极大的兴趣。近几年来国外竟相对 固态发酵的关键设备及反应动力学进行研究，使 固态发酵生产最优化。Hardin, Lkasari 等[6]对 固态发酵过程中影响微生物(包括真菌、细菌)生 长的重要因素如水分活度、pH 值、发酵时间以及 介质传热、菌体生物量测定等的动力学研究报道 并建立了较为完善的数学模型；D.A. Mitchell 等[28,29]对不同类型的固态发酵反应器的传热传质 动力学、微生物生长动力学进行了深入的研究， 为固态发酵反应器结构设计的合理性提供了重要 依据；我国学者苏东海等[30,31]研究了秸秆固态发 酵过程中生物量、CO2 的排放量(CPR)等关键过程 参数测定的方法以及底物湿度变化对生物量、纤 维素酶活和酒精产量的影响。
该工艺特点是碳水化合物糖化后的糖液第一 步发酵乳酸，第二步发酵醋酸，第三步醋酸与乙 醇酯化为乙酸乙酯，第四步乙酸乙酯水解获得双 倍乙醇。碳水化合物转化乙醇的过程中没有酵母 发酵放去1：1 的CO2 和能量因而其产率比用酵母 发酵能高出65％，乙醇能量净值（NEV）能显著 地高于酵母发酵体系，又提高副产品单细胞蛋白 的数量和价值，相应的产品成本比酵母工艺低15 ％～50％。由澳大利亚糖业研究所(SRI)、昆士兰 州发展部、澳农业部渔业部等提供总值73.5 万美 元用于该项目，由SRI 执行[32]。
一般的废弃纤维水解液都是葡萄糖、木糖、 阿拉伯糖等单糖和寡糖混合物。例如热纤梭菌 (Clostridium thermocellum)能分解纤维素，但 乙醇产率较低(50％)，热硫化氢梭菌(Clostri dium thermohydrosulphaircum) 不能利用纤维 素，但乙醇产率相当高，进行混菌发酵，达到优 势互补的目的。
Damma 将Scerevisiae 与Fusariumoxyporum 混合培养发酵甜高粱杆，其中Fusariumoxyporum 可在好氧条件下产酶，然后酶水解高粱秆中的纤 维素和半纤维素得到可发酵性糖，最大酒精得率 与浓度分别为5.2～8.4 g 酒精/100 g 新鲜高粱 秆和3.5～4.9％(w/v)，超过基于高粱秆中可溶 性糖(主要为葡萄糖和蔗糖)的酒精理论得率20.0 ％ ～ 32.1 ％ 。Nedovic 将呼吸缺陷型的 S.cerevisiae 与P.stipitis 混合培养连续发酵， 稀释率为0.125u/h，酒精浓度为13.5 g/L，酒精 得率为0.25 g/g，体积生产率1.6 g/L/h，底物 的转化率达100％。涂璇等[33]研究了两种曲霉 (UF2 和UA8) 二元混菌体系和两种曲霉与酵母菌 组成的三元混菌体系混合发酵对纤维素酶系三种 酶组分活性的影响。结果表明：两种霉菌按一定 比例接种进行混合发酵时三种纤维素酶组分的活 性较单菌发酵大幅度提高。
固定化细胞发酵具有能使发酵器内细胞浓度 提高，细胞可连续使用，使最终发酵液乙醇浓度 得以提高。研究最多的是酵母和运动发酵单孢菌 的固定化。常用的载体有海藻酸钠、卡拉胶、多 孔玻璃等。研究结果表明，固定化运动发酵单孢 菌比酵母更具优越性。最近有将微生物固定在汽 液界面上进行发酵的研究报道，微生物活性比固 定在固体介质上高。固定化细胞的新动向是混合 固定细胞发酵，如酵母与纤维二糖酶一起固定化， 将纤维二糖基质转化成乙醇，此法引人注目，被 看作是纤维素生产乙醇的重要阶段。另一种新的 固定化方法是利用絮凝酵母自身的凝聚力形成稳 定的无载体酵母絮凝颗粒,这种方法与普通固定 化方法相比较，具有方法简单、无附加费用、不 易染菌等优点。
许多学者对乙醇的发酵分离耦合过程进行了 研究，提出了多种乙醇发酵与分离耦合工艺，如 乙醇发酵与吸附的耦合过程[34]、乙醇发酵与萃取 的耦合过程[35]、真空发酵过程、渗透汽化一细胞 循环发酵过程[36]、中空纤维膜一细胞固定发酵、 超滤一细胞循环发酵[37] 、膜蒸馏—乙醇发酵过程 [38]等。Hwai-Shen Liu 和Haien-wen Hsu[39]在理 论上对乙醇气提发酵进行了较为详细的研究。对 GSEF 过程进行了数学模型的模拟，提出了气提因 子为综合载气量、发酵温度、反应器有效体积、 发酵液性质等因素。由于CO2 从系统中溢出过程 会从系统中带走乙醇和一定的热量，从而减少产 物对发酵过程的抑制作用。
以木质纤维素为原料生产乙醇,其关键之一 在于有能利用多种糖源高效生产乙醇、遗传性能 稳定、生产周期短的微生物菌种。传统的用于乙 醇发酵生产的微生物(酿酒酵母菌和运动发酵单 胞菌等) 都能很好地利用葡萄糖，且乙醇发酵效 率高,乙醇耐受力强，但均不能代谢五碳糖。而能 利用五碳糖的微生物(大肠杆菌和克雷伯氏菌等) 的乙醇生产能力都非常有限，副产物多。因此, 从20 世纪80 年代开始，人们便尝试利用基因工 程的手段改造现有的微生物,以期得到理想菌种。 到目前为止，以能利用五碳糖(主要是木糖)和六 碳糖生产乙醇为目标的基因工程菌种改造工作已 经取得了很大进展，获得了不少具有较好效果的 基因工程菌株[40]。当前研究的重点集中在运动发 酵单胞菌、大肠杆菌、酵母菌和克雷伯氏菌等菌 种的改造，构建出能高效利用五碳糖(木糖为主) 和六碳糖(葡萄糖为主)的工程菌。
Ohta 曾报道了将含有PET 操纵子的pLOI555 质粒引入到产酸克雷伯氏菌M5A1 菌株[41]，并进一 步整合到染色体得到菌株P2。该菌株不但能以单 糖为碳源发酵，还能代谢包括纤维二糖和纤维三 糖在内的糖[42,43]。韦宇拓等以基因组DNA 为模板 克隆得到运动发酵单胞菌( Zymomonas mobilis) 乙醇脱氢酶(alcohol dehydrogenase Ⅱ ) 基因 adhB，连接到表达载体pSE380 上，得到重组质粒 pSE2adhB。将此重组质粒转化到大肠杆菌菌株DH5 α中,重组菌株经IPTG 诱导后，在乙醛指示平板 检测到乙醇脱氢酶活性。鲍晓明等[44]采用PCR 技 术克隆Clostridium thermohydrosul furicum 木 糖异构酶基因xylA，成功转移至酿酒酵母H158 受体菌中，得到重组酵母转化子H612，实现了在 酿酒酵母得到木糖异构酶的活性表达，为进一步 在酿酒酵母中建立新的木糖代谢途径打下了基 础。汪天虹[45]等采用双载体系统，将携带有瑞氏 木霉木糖脱氢酶基因的表达质粒pAJ401-xdhl 转 化成已带有树干毕赤氏酵母木糖还原酶基因的重 组酿酒酵母H475，构建了同时带有毕赤氏酵母木 糖还原酶基因和瑞氏木霉木糖醇脱氢酶基因的重 组酿酒酵母HXl。石贵阳等[46]将来源于粟酒裂殖 酵母的а-半乳糖苷酶基因mel 整合到工业酿酒 酵母染色体的甘油合成途径关键酶基因GPD1 中， 重组子S.cerevisiae MG1 利用蜜二糖的能力显著 提高,产甘油能力下降，生长时具自絮凝能力。
生物原料产酒精的最大潜力在于使用纤维素 酶对纤维素进行水解，尽管对纤维素酶的研究已 经开展了几十年，酶的成本依然很高。要进行生 物加工竞争，必须使目前的纤维素酶生产成本有 实质性的降低。纤维素酶的作用相对缓慢，这主 要是因为酶的作用复杂、不可溶及半晶质的性质。 此外，要获得最大的纤维素酶活力，需要多种相 关酶的组合，如葡萄糖内切酶、葡萄糖外切酶及 β－葡萄糖苷酶的协同作用以便把纤维素完全转 化为葡萄糖。
根据需要考虑不同的参数，生物加工纤维素 酶工程面临各种挑战。酶的改进开发不仅仅需要 让传统的酶得到改善，如稳定性、产量以及比活 度等，而且还需要它们在预处理产生的环境中依 然有效。而原料自身的理化性质，也影响了需要 酶解的那些键以及键的数量。另外不同预处理过 程以特殊的方法对生物原料进行水解前的预处 理，结果所得物料有不同的成分。因此，用于降 解这些成分的酶必须使之满足预处理过程的特殊 成分的要求。除了纤维素的结晶度和聚合度以外， 半纤维素酶的脱乙酰作用和水解作用也影响到酶 的需求。例如，β－1，4 糖苷键在底物表面较高 的可及性改善了内外葡聚糖酶的作用率，而较低 的聚合度有利于高的外对内的葡聚糖酶的比率。 高木质素含量会阻遏酶的可及性，而且会非生产 性的吸附酶制剂并促成最终产品中的抑制物出 现、减少了纤维素的转化率和产量。除了木质素 之外，纤维二糖和葡萄糖同样是纤维素的强抑制 剂。此外，发酵的参数如pH 温度、纤维二糖和戊 糖的利用等都会影响每一次原料处理过程的酶系 统的优化。
美政府资助Novozyme 和Genecor 两家酶制 剂公司1700 万美元开展纤维素酶的研究。经过近 三年的研究试验，利用生物信息、直接进化等生 物技术增强了酶的活性并降低了生产成本。当前 纤维素酶的生产成本已比当初降低了12 倍，生产 1 gal.(3.785 L)燃料级乙醇所需纤维素酶的成本 已从最初超过5 美元大幅减少至目前的小于50 美 分。目标是在未来两年中把生产1 gal.(3.785 L) 燃料级乙醇所需纤维素酶的成本降低至10 美分。 到那个时候纤维素酶将不再成为制约燃料乙醇商 业化运行的因素。
选育高产和对不利环境条件具有抗性的优良 菌株可以提高酒精的发酵产率和节约加工成本， 提高酒精产业的经济效益。优良的酒精酵母菌应 具备耐高温、耐高乙醇浓度、耐高渗透压、耐低 pH 以及糖醇转化能力强、发酵速度快等特征。目 前用来选育酵母菌种的技术主要包括：直接筛选、 驯化、杂交育种、诱变育种等传统方法以及以DNA 重组技术和原生质体融合为代表的现代育种方 法。近年来，运用DNA 重组技术和遗传工程等育 种新技术来改良菌株取得了重要进展。Takeshi Matsumoto 等[47]将含有人工合成的随机组合多肽 质粒转入酵母菌种，提高了酒精酵母的酒精耐受 性，Gly-Thr-Arg-Leu-His 五肽对酒精的耐受性 起关键作用。Z. Petek Cakar 等[48]利用进化工程 的方法进行了多重抗性酵母的选育，在高温、高 酒精浓度、氧化环境中，筛选子生存率分别提高 了102、89、62 倍。
用普通蒸馏方法制得的酒精不能作代汽油燃 料，要脱水至含酒精99.5％以上，并加改性剂才 能作燃料酒精。一般称含量99.5％以上的酒精为 无水酒精[49]。生产方法有化学反应脱水、三元共 沸物蒸馏脱水(M elle 法)、萃取蒸馏、分子筛分 离脱水等[50]。人们正在开发有效的技术方法，这 些技术将会使无水酒精的分离过程焕然一新并具 有经济性。
近年来热耦合精馏技术及换热网络合成技术 得到较为迅速的发展。该技术的主要目的是最大 程度地利用生产过程中可利用的能源，有效地降 低生产过程中的能量消耗，从而实现降低产品成 本的目的。在传统的酒精生产工艺中，精馏过程 所消耗的蒸汽及冷却水量在总消耗量中占有很大 的比例，所消耗的蒸汽量达到5.3 t/ m3 产品。 酒精产品是微利产品，降低公用工程消耗是降低 成本、提高效益的重要措施。而通过采用热耦合 精馏技术，通过调整各塔的操作条件，尽最大可 能地利用各流体之潜在热能的多效利用，从而最 大程度地降低了精馏过程中的蒸汽及冷却水耗 量，蒸汽耗量可以降至2.8 t/m3 特优级酒精[51]， 可见节能效果之显著。
渗透汽化是一种以混合物中组分渗透压差为 推动力，依靠各组分在膜中的溶解与扩散速率不 同的性质来实现混合物分离的新型膜分离技术过 程。渗透膜酒精脱水技术是未来酒精脱水技术发 展的方向目前酒精脱水采用的渗透膜为渗水膜， 而酒精醪液中的大部分是水和其他的杂质，直接 脱水等工艺复杂，功耗、能耗较高。随着膜制造 技术的发展，开发出选择性好的渗醇膜，并解决 渗透膜的经济性和稳定性问题，那么采用渗醇膜 可以一步直接从酒精醪液中得到酒精产品。渗透 膜酒精脱水技术以其分离效率高、能耗低，流程 简捷等优势，是未来酒精脱水技术的发展方向[52]。
目前利用纤维素生产酒精的技术虽有基本成 熟工艺，但由于纤维素酶的成本太高，生产过程 中酶用量偏大，缺少清洁高效的预处理技术，导 致纤维素酒精的价格无法与粮食酒精相竞争，因 此还要加强对以下技术的研究：以基因工程手段 选育高酶活的纤维素酶、木质素酶菌种；进行固 体发酵技术的研究，解决目前存在的污染率高和 成本高的问题；进一步研究纤维素原料的预处理 技术，有效地降低生产成本。
20 世纪70 年代以后，各国均投入大量人力 物力对纤维素发酵乙醇的研究，从基础研究到工 业化探索，都取得了重大突破。如果仅考虑将其 中的纤维素部分利用，那么产生的乙醇相当于纤 维素原料的利用率不能超过40％。以中国秸秆每 年约产5×108t 计，使秸秆的三组分（纤维素、 半纤维素、木质素）全部利用，则可生产1.05× 107t 乙醇、5.6×106 t SCP 和1.4×107t 木质素[53]。 由天然纤维素原料转化成多种中间产品或最终产 物具有很大的潜力，若只强调纤维素生物质转化 乙醇，势必不利于降低生产成本。我们可以学习 石化工业发展经验，打破用纤维素生物质单纯生 产单一产品的传统观念，充分利用原料中每一种 组分，以生物炼制的要求开展纤维素的研究与开 发利用，将其分别转化为不同产品，实现原料充 分利用、产物多样化、产品价值最大化。这对满 足我国工业发展需要、改善国家能源结构、缓解 国家能源危机、促进农民增收、农业增效、为社 会发展提供可持续、可再生的清洁能源、推动社 会经济走上持续、健康的循环经济发展道路具有 十分重要的意义。