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致 谢 20
1 前言
1.1研究背景
能源是人们赖以生存和持续发展的重要物质基础[1]。20世纪中, 人类主要煤炭、石油、天然气为主要的能源。而根据国际能源机构的统计, 按照如今化石燃烧的不合理开采利用下去, 地球上石油、天然气、煤炭三种能源供人类开采使用的时间分别只有40年、60年和220年。进入21世纪, 由于化石的不可再生性以及化石燃料燃烧对环境造成的污染日趋严重，人类面临着严重的能源问题以及环境污染问题。能源问题的严重性更是越来越突出, 确切地说, 能源问题已经不仅仅是某一个国家的问题,而是整个世界, 整个人类社会所要面临和解决的首要问题[2]。经济的发展建立在一个强有力的能源供应的基础上，在该能源使用的同时，要控制其对生态环境的影响是保证现代化建设首要问题。因此我国现阶段能源中需要的加快研发低能耗、低污染的新能源，同时需要大力节能 减少能源的损耗，合理控制污染能源的使用量，增加绿色能源的使用[3]。燃料乙醇是生物能源中最容易实现产业化的品种之一，早在20世纪初就有产品面市，后来因为中东地区对石油的大规模、低成本、无节制的开发，燃料乙醇在经济上较石油差而被淘汰。近二十多年来，随着化石能源日渐枯竭，石油价格攀升，寻找清洁环保、可再生的石油替代品及其制备技术又成为世界各国关注的焦点。但从长远看，由于石油是不可再生资源，石油价格还会继续上涨。科学家们预测 2050 年原油的生产将由现在的每年250亿桶下降到50亿桶，这就迫使我们寻求新能源，开发新的转化技术[5]。普遍认为，燃料乙醇制备及其使用技术的开发对节约石油资源、减少环境污染、促进农业生产和其它相关产业的发展具有重大意义[1, 4]。
1.2立题依据
纤维素占植物干重的35%-50%，是地球上分布最广，含量最高的碳水化合物，同时纤维素又是地球上数量最为庞大的可再生能源，纤维素的降解是生物圈碳元素循环的中心环节[10]。地球上每年植物进行光合作用的生产处的纤维素高达1.5×1011- 2.0×1011t[6]，中国每年仅农业生产中形成的农作物残渣(稻草、秸秆等)就约2亿t[6]。因为其中木质纤维素含量高，生物降解非常慢,导致其利用率很低，因此我国每当农业生产过后，总有一些地区对秸秆等不易降解的农作物残渣进行焚烧，不仅浪费了能源同时也造成了大气污染。因此科学家们近年来对纤维素降解方面进行了大量的研究，发现其实最经济、环保的方法就是通过生物降进行解[8]。通过微生物发酵或者利用微生物体内产生的纤维素酶，可将纤维素酶解为小分子的己糖或戊糖,这种小分子己糖或戊糖用于生产新型饲料、单细胞蛋白等,这样将对人类面临的粮食、环境问题得到一定的缓解[9]。同时因为木质纤维的复合结构的存在，导致木质纤维难以被直接发酵生产乙醇。早在 1997 年科学家就提出利用植物纤维发酵生产乙醇关键在讲纤维素。半纤维素从木质纤维结构中分离出来，再使其分解为小分子的糖，再利用己糖、戊糖共同发酵生成乙醇[11]。实际表明纤维素酶生产大概占整个乙醇生产成本的 6%[13]，其中纤维素酶水解这一步成本几乎占整个工艺的60%[13]，这主要是由于纤维素酶高昂的成本所造成。因此纤维素酶的制备非常重要。目前研究发现的能降解纤维素的微生物多为木霉、青霉、曲霉等真菌, 但是它们普遍存在酶活力较低的问题[7]。本实验通过对里氏木霉的发酵培养基中氮源经行优化，筛选出最适合里氏木霉产酶的氮源，为进一步提高Trichoderma reesei产纤维素酶能力提供一定理论基础。