附件项目信息

1、附件：项目信息一、项目名称薯类高浓度快速乙醇发酵关键技术研发与应用二、完成单位中国科学院成都生物研究所，江苏徐淮地区徐州农业科学研究所，四川省宜宾卫生学校三、推荐单位四川省农业厅四、项目简介1. 研究背景乙醇是我国重要的基础原料，主要用于化工、食品、军工、医药等领域，在原油紧缺和汽车尾气导致雾霾天气频发的刺激下，乙醇作为车用燃油的替代品得到了越来越广泛的应用。虽然近年来我国乙醇产量始终保持上涨态势，2014年达777万吨，但还存在较大缺口，根据可再生能源中长期发展规划2020年的目标，仅燃料乙醇缺口就达800万吨。一直以来，我国乙醇主要以粮食为主生产。但随着乙醇产业不断发展和我国粮食安全问题日

2、益突出，该生产模式日现弊端。我国是薯类生产大国，甘薯、木薯、葛根、芭蕉芋等薯类资源丰富，仅甘薯年产量就达8000万吨，且薯类多种植于贫困地区，加工率低、效益不高。以薯类生产乙醇不仅可为乙醇行业提供充足原料，还可带动农村经济发展。因此，薯类已成为发酵法生产乙醇的重要原料。但目前薯类乙醇行业的整体技术水平较低，主要原因在于薯类是粘度10万mPa.S、呈半固体状、完全没有流动性的非牛顿流体，传输、传热困难。另外，在工业生产过程中，发酵微生物会不可避免地受到高浓度乙醇、高温、产物CO2、高压（如10米发酵罐底部，静水压可达0.1 Mpa）等胁迫条件的影响，在高粘度体系中这种影响对发酵的抑制更突出，必需

3、大量加水增加流动性，导致成熟醪中乙醇仅5%6%，蒸馏能耗高，废液、废渣排放量高。因此，本成果针对高粘度、大体积的传质传热与产物对菌种的反馈抑制这两大限制薯类乙醇行业发展的关键问题进行了技术攻关。2. 主要技术方案和内容（1）在国内外率先研究了薯类原料粘度产生机制，针对性地开发出了高效降粘酶系和预处理技术，成功改善了传输、传质、传热问题，还提高了固液分离效果，有利于清洁生产。（2）选育出耐高浓度乙醇、高温和高压等工业生产压力的菌株，综合指标先进，具有产业化应用价值。研究了菌株压力应答机制，为进一步改造和优化提供了依据。（3）开发出代谢促进剂，配合发酵调控工艺实现了鲜薯快速及高浓度发酵。（4）通过

4、关键技术集成建立了薯类原料高效乙醇转化技术体系，推广应用，节能节水效果明显。3. 主要科技创新点自主创新开发了“粘度变化+糖芯片”为核心的降粘酶精确定向筛选技术和“逐级筛选+ CO2高压筛选平台”为核心的乙醇发酵菌株的系统定向选育技术，实现了高粘度原料发酵、高浓度乙醇发酵和快速乙醇发酵三大技术突破。4. 授权专利和其他知识产权情况本成果授权专利10件；主编专著1部，参编专著2部；发表文章66篇，其中EI收录2篇，SCI收录11篇（一区2篇，二区2篇，三区2篇，四区5篇），获省部级一等奖2项，省部级三等奖1项，专业技术学会奖励2项。5. 达到的总体技术经济指标与国内外同类先进技术的比较因无法解决

5、鲜原料粘度高这一共性瓶颈问题，目前薯类原料发酵多采用薯干，如木薯干，淀粉含量达6070%，含水量仅1015%，但需经60h发酵乙醇浓度仅可达1012%（v/v）。本成果以含水量70%、淀粉含量仅1625%的鲜薯为原料，万吨级运行，原料粘度下降率90%，发酵时间由现有技术的60h缩短为30h，发酵效率由88%增至90%，乙醇浓度由5%6%平均增至10.69%，最高达12.41%，甚至超过了木薯干乙醇发酵的水平。节约配料用水70%，单位设备乙醇生产能力提高3倍，蒸馏能耗降低40%。本技术与现有薯类乙醇发酵技术比较五、主要完成单位及创新推广贡献中国科学院成都生物研究所为本项目第一完成单位，针对薯类乙

6、醇发酵效率低、能耗大、废水废渣量大的共性瓶颈问题高粘度、大体积的传质传热与产物对菌种的反馈抑制，通过鲜薯特征性高粘度成因分析、高效降粘综合技术体系开发、高效高浓度乙醇发酵菌株筛选、发酵工艺开发、新型高效高传质反应器研制，成功实现了高粘度原料发酵、高浓度乙醇发酵和快速乙醇发酵三大技术突破。江苏徐淮地区徐州农业科学研究所为本项目第二完成单位，通过开展甘薯品质与乙醇产量间关系的研究，建立甘薯品质指标与乙醇产量之间的多元线性回归模式，开发鲜甘薯不加水酶解降粘、同步发酵为核心的乙醇浓醪发酵关键技术体系，实现了鲜薯高浓度乙醇发酵。四川省宜宾卫生学校为本项目第三完成单位，主要负责发酵过程调控工艺的开发。六、

7、推广应用情况鉴于本项目的突破性成果，自2009年起，西南地区最大乙醇生产企业资中县银山鸿展工业有限责任公司（原薯类乙醇生产规模3万吨/年）及云南镇沅县淀粉酒精厂（1万吨/年）应用本技术；2010年起云南龙川江生物开发有限公司（1.5万吨/年）应用本技术；2013年起徐州香醅酒业有限公司应用本技术，并以订单方式推动了徐州俆薯薯业科技有限公司和徐州市贾汪区江庄镇劳信种植专业合作社甘薯原料的种植和销售，实现总产值37.23亿元。其中，因生产能力提高增加的销售利润2.83亿元；蒸汽、水电、人力资源、管理费用等的节支总额为2.88亿元；即直接新增经济效益合计约为5.71亿元。由于新增乙醇产量带来的新增薯

8、类原料消量耗226万吨，辐射带动薯农新增收入约7.8亿元。七、曾获科技奖励情况赵海，靳艳玲，方扬，何开泽，黄玉红，沈维亮，和智明，万明，肖瑶，陈谦. “高粘度薯类原料高效乙醇转化技术体系”，中国科学院科技促进发展奖，一等奖，中国科学院，2015（省部级）赵海，靳艳玲，方扬，赵云，万明，何开泽，王海燕，和智明，甘明哲，杨海平，周朝阳，吕发康，黄玉红，肖瑶，陈谦，李宇浩，李新波，郜晓峰，张国华，付田. “薯类原料高效乙醇转化技术”，四川省科技进步奖，一等奖，四川省人民政府， 2012（省部级）赵海，靳艳玲，方扬，甘明哲，何开泽，黄玉红，肖瑶，陈谦，付田. “高效非粮块根原料燃料乙醇转化技术”，国家

9、能源科技进步奖，三等奖，国家能源局，2011（省部级）赵海，靳艳玲，方扬，甘明哲，何开泽，黄玉红，张国华，肖瑶，付田，吕发康. “高粘度块根类非粮原料高效乙醇转化技术”，中国可再生能源学会科学技术奖，二等奖，中国可再生能源学会，2011木泰华，赵海，张苗，石波，吴允山，孙红男，陈井旺，李金启，李鹏高，王晓梅，张安明，刘建光.“甘薯及淀粉加工废渣资源化高效利用技术研究与示范”，中国粮油学会科学技术奖，二等奖，中国粮油学会，2013八、主要知识产权证明目录1. 专利获得专利授权10件赵海，靳艳玲，方扬，黄玉红. 一种卷枝毛霉、制备降粘酶的方法及其应用. ZL 201310492417.X（授权日期

10、2015年9月9日）赵海，靳艳玲，方扬，黄玉红. 一种普通镰刀菌、制备降粘酶的方法及其应用. ZL 201310451257.4（授权日期2015年9月9日）赵海，靳艳玲，方扬，沈维亮. 滚筒式薯类淀粉提取器与节水型淀粉提取装置. ZL201420557600.3 （授权日期2015年1月14日）赵海，靳艳玲，方扬，黄玉红. 一种高产降粘酶系的菌种及其应用. ZL201210234738.5（授权日期2014年11月19日）岳瑞雪，孙健，钮福祥，徐飞、朱红一种以红薯为原料的高浓度酒精的生产方法.ZL 20131003120.2（授权日期2013年1月5日）赵海，靳艳玲，方扬. 一种快速降低薯类

11、粘度的方法. ZL201110165042.7（授权日期2013年5月1日）赵海，靳艳玲，方扬. 一种检测薯类总糖含量的方法. ZL201110213410.0（授权日期2013年4月24日）赵海，刘艳，戚天胜. 一种高浓度酒精发酵的方法. ZL200610022209.3（授权日期2012年5月23日）赵海，刘艳，戚天胜，沈昭萍，吕发康. 一种快速发酵生产乙醇的方法. ZL200710049077.8（授权日期2011年4月6日）赵海，戚天胜. 一种工业用红薯原料的保藏方法. ZL200610021316.4（授权日期2010年2月17日）2.专著出版专著1部，参编专著2部1）阎文昭，赵海.

12、能源专用甘薯与燃料乙醇转化M.成都，2010，四川科学技术出版社.2）生物质能源产业科技创新发展战略.北京，化学工业出版社，20133） 中国西部甘薯.重庆，西南师范大学出版社，20143. 文章发表文章66篇，其中EI 收录2篇，SCI收录11篇：一区2篇，二区2篇，三区2篇，四区5篇，单篇最高引用率42次。Liang Zhang, Hai Zhao*, Mingzhe Gan, Yanling Jin , Xiaofeng Gao , Qian Chen,Jiafa Guan, Zhongyan Wang. Application of simultaneous saccharificat

13、ion and fermentation (SSF)from viscosity reducing of raw sweet potato for bioethanol production at laboratory, pilot and industrial scales.Bioresource Technology, 2011, 45734579 (SCI，4.70，一区，引用率已达42次) Liang Zhang, Qian Chen,Yanling Jin, Huilin Xue, Jiafa Guan, Zhongyan Wang, Hai Zhao*. Energy-saving

14、 direct ethanol production from viscosity reduction mash of sweet potato at very high gravity. Fuel Processing Technology,2010 , 1845-1850 (SCI，2.8，二区 )Yuhong Huang, Yanling Jin, Yang Fang, Yuhao Li, Hai Zhao*. Simultaneous utilization of non-starch polysaccharides and starch and viscosity reduction

15、 for bioethanol fermentation from fresh Canna edulis Ker. tubers. Bioresource Technology 2013，128：560564. (SCI，4.70，一区)Yuhong Huang, Yanling Jin, Yang Fang, Yuhao Li, Guohua Zhang, Qian Chen, Hai Zhao*. Simultaneous saccharification and fermentation (SSF) of non-starch polysaccharides and starch fro

16、m fresh tuber of Canna edulis ker at a high solid content for ethanol production. Biomass and bioenergy, 2013，52: 8-14. (SCI，3.34，二区)Yuhong Huang, William G Willats, Lene Lange, Yanling Jin, Yang Fang, Armando A Salmen, Henriette L Pedersen, Peter Kamp Busk, Hai Zhao*. HYPERLINK /Archive/Link?l=FPqd

17、V%2FYVd%2Buj3oaNPosclw%3D%3D t _blank High-throughput microarray mapping of cell wall polymers in roots and tubers during the viscosity reducing process. HYPERLINK /Archive/Search?q=%22Biotechnol%20Appl%20Biochem%22%5Bjour%5D t _blank Biotechnol Appl Biochem,2016 ，63(2):178-89（SCI，1.40，三区) Yuhong Hu

18、ang, Yanling Jin, Weiliang Shen,Yang Fang, Guohua Zhang, Hai Zhao*. The use of plant cell wall-degrading enzymes from a newly isolated Penicillium ochrochloron Biourge for viscosity reduction in ethanol production with fresh sweet potato tubers as feedstock .Biotechnology and Applied Biochemistry, 2

19、014, 61(4):480491 (SCI，1.47，三区)Qian Chen, Yang Fang, Hai Zhao, Guohua Zhang, Yanling Jin*. Transcriptional analysis of Saccharomyces cerevisiae during high-temperature fermentation. Ann Microbiol, 2013, 63:14331440. （SCI，0.69，四区）Yanling Jin, Yang Fang, Guohua Zhang, Lingling Zhou, Hai Zhao*. Compari

20、son of ethanol production performance in ten varieties of sweet potato at different growth stages. Acta Oecologica,2012,44:33-37(SCI，1.82，四区)Qing Zhang, Hai Zhao, Guohua Zhang, Kaize He, Zhirong Yang,Yanling Jin*. Transcriptome analysis of Saccharomyces cerevisiae at the late stage of very high grav

21、ity (VHG) fermentation.African Journal of Biotechnology,2012,11(40): 9641-9648 (SCI，0.53，四区)Xinhui Wang, Yanling Jin*, Yang Fang, Yuhong Huang, Guohua Zhang,Xiaofeng Gao,Hai Zhao. The chloride ion responsible for filament formament and inhibibitory effect on cell division in zymomonas mobilis 232B.

22、African journal of microbiology research. 2011，5(29)：5260-5265 (SCI，0.58，四区)Xinhui Wang, Yuhong Huang, Yang Fang, Yanling Jin, Guohua Zhang, Xiao feng Gao,Hai Zhao*.Respective effects of sodium and chloride ion on physiological property of Zymomonas mobilis 232B. African Journal of Biotechnology,201

23、1,11(36):8880-8888(SCI，0.53，四区)李科，甘明哲，付洁，靳艳玲，赵海*.利用木糖产乙醇的真菌筛选及发酵条件优化, 太阳能学报,2010，31（9）：4147 (EI收录)周玲玲，赵海*，甘明哲，靳艳玲，申乃坤，戚天胜. 运动发酵单胞菌232B木薯快速乙醇发酵.太阳能学报，2009,30(9) ：12291232 (EI收录)岳瑞雪，钮福祥，孙健，徐飞，王洪云，朱红，张毅.酶法降黏工艺在鲜甘薯直接发酵制备乙醇中的应用. 中国农业科学，2016，49（9）：1757-1766Ruixue Yue, Fuxiang Niu, Jian Sun, Fei Xu, Hong Z

24、hu, Yi Zhang. Effects of long-term located fertilization on production, components, and ethanol production of sweetpotato. 6th Japan-China-Korea Sweetpotato Workshop, 2014,145-146孙健，钮福祥，岳瑞雪，徐飞，朱红.甘薯膳食纤维构成及对乙醇发酵的影响. 中国粮油学报，2014，29（5）：18-22岳瑞雪，孙健，钮福祥，徐飞，朱红.响应面分析法优化甘薯乙醇发酵条件. 核农学报，2014，28（8）：1400-1406靳艳

25、玲，方扬，沈维亮，赵海*. 清洁高效甘薯淀粉加工技术体系.淀粉与淀粉糖，2014，4：18-20唐忠厚，李洪民，李强，魏猛，刘正辉，丁艳锋.基于近红外光谱技术预测甘薯块根淀粉与糖类物质含量.江苏农业学报，2013，29（6）：1260-1265黄玉红, 靳艳玲, 方扬, 赵海*. 细胞壁多糖水解酶在非粮生物质原料转化中的应用及进展. 应用与环境生物学报，2013, 19 (5)：881-890.李宇浩，靳艳玲，龙飞，黄玉红，方扬，张国华，赵云，赵海*. 降粘酶在新鲜木薯发酵生产高浓度乙醇中的应用. 应用与环境生物学报 ,2013，19 ( 3 ) : 501-505王丰，靳艳玲，方扬，赵海*.

26、甘薯乙醇发酵新技术研究. 农产品加工业,2013,11:55-57王丰，靳艳玲，方扬,赵海*.清洁高效甘薯淀粉加工技术.农产品加工业,2013,11:38-40岳瑞雪，孙健，钮福祥，徐飞，张爱君. 长期定位施肥对甘薯品质、RVA特性和乙醇发酵特性的影响及其相互关系. 江苏农业学报，2013，29（1）：87-92黄玉红,靳艳玲,李宇浩, 方扬，张国华，赵海*.鲜甘薯燃料乙醇发酵降粘工艺的研究.应用与环境生物学报，2012，18 ( 4 ) : 661666Jian Sun, Fuxiang Niu, Fei Xu, Ruixue Yue, Hong Zhu. Relationship amon

27、g amylose content, starch pasting and ethanol fermentation in sweetpotato varieties for starch use. 5th Korea-China-Japan Sweetpotato Workshop, 2012, 49-5孙健，岳瑞雪，钮福祥，等. 淀粉型甘薯品种直链淀粉含量、糊化特性和乙醇发酵特性的关系. 作物学报，2012， 38（3）：479-486赵海.西南地区甘薯淀粉加工评析.农产品加工综合刊，2012，5：10唐忠厚，李洪民，张爱君，史新敏，孙健，朱红，徐飞.长期施用磷肥对甘薯主要品质性状与淀粉R

28、VA特性的影响. 植物营养与肥料学报，2011，17（2）：391-396张良，靳艳玲，陈谦，方扬，王忠彦，官家发，赵海*. 耐高温酵母高浓度发酵生产燃料乙醇工艺优化. 应用与环境生物学报,2011,17 ( 3 ): 311316唐忠厚，朱晓倩，李强，李洪民，徐飞.不同基因型甘薯直链淀粉含量差异研究. 食品工业科技，2011，32（11）：108-110唐忠厚，李洪民，张爱君，史新敏，徐飞，孙健.施钾对甘薯常规品质性状及其淀粉RVA特性的影响. 浙江农业学报，2011，23（1）：46-51王新惠，赵海*.燃料乙醇乘低碳之风重获“新生”.大自然杂志，2010，3：24孙彦平，靳艳玲，郜晓峰，

29、李新波，肖瑶，赵海*. 纤维素酸解副产物对Clostridium acetobutylicum CICC8012发酵的影响.应用与环境生物学报 2010，16 ( 6 ): 845850蔡小波，杨毅，孙彦平，张良，肖瑶，赵海*.微生物燃料电池利用甘薯燃料乙醇废水产电的研究.环境科学，2010，31（10）：247252Jian Sun, Cuiying Zhang, Ruixue Yue, Hongmin Li, Aijun Zhang. Multivariate regression analysis on ethanol yield and quality traits of fresh

30、sweetpotato. Sweetpotato in Food and Energy Security, 2010, 612-617唐忠厚，李洪民，张爱君，史新敏，朱红，孙健.长期定位施肥对甘薯块根产量及其主要品质的影响. 浙江农业学报，2010，22（1）：57-61杨毅，蔡小波，靳艳玲，赵海*.青霉固态发酵生产生淀粉糖化酶的条件优化.中国酿造，2010，7：2831孙健，张翠英，李洪民，张爱君，唐忠厚.鲜甘薯理化品质与乙醇产量多元回归分析. 中国粮油学报，2010，25（7）：49-52孙健，张翠英，岳瑞雪，李洪民，张爱君. 甘薯品质特性与乙醇产量相关性. 浙江农业学报，2010，22（

31、5）：613-617Shen Nai-kun, Jin Yan-ling, Fang Yang, Zhao Hai *. Rapid and Energy-saving Ethanol Production from Sweet Potato. Proceedings of China xuzhou international sweetpotato symposium (ISBN978-7-5655-0125-8). 2010, Xuzhou,P 632-640Jin Yan ling, Zhang Liang, Fang Yang, Zhao Hai *. Application of E

32、nzyme Systems for Viscosity Reduction in Bioethanol Production from Fresh Sweet PotatoC.Proceedings of China xuzhou international sweetpotato symposium (ISBN978-7-5655-0125-8). 2010, Xuzhou, P599-606Fang Yang, Chen Lanchai, Tan Jian, Jin Yan ling,He Kaize, Zhao Hai *.Fruit wine froduction from fresh

33、 sweetpotatoC. Proceedings of China xuzhou international sweetpotato symposium (ISBN978-7-5655-0125-8). 2010, Xuzhou,P 641-647Fang Yang, Chen Lanchai, Pu Qiang, Jin Yan ling,He Kaize, Zhao Hai *.Fruit Vinegar Production from Alcohol Fermentation Pomace of Sweet Potato. Proceedings of China xuzhou in

34、ternational sweetpotato symposium (ISBN978-7-5655-0125-8). 2010, Xuzhou, P626-631.Fang Yang, Chen Lanchai, Pu Qiang, Jin Yan ling,He Kaize, Zhao Hai *. Preliminary research on fermentation pomace and dietary fiber of sweetpotatoC. Proceedings of China xuzhou international sweetpotato symposium (ISBN

35、978-7-5655-0125-8). 2010, Xuzhou,P 648-652靳艳玲，方扬，赵海*.高效甘薯燃料乙醇生产技术体系C.第十二届中国科协年会非粮生物质能源与高技术产业化研讨会论文集，2010，福州，P3941陈兰钗，靳艳玲，方扬，赵海*. 产燃料乙醇的甘薯的保藏剂研究C.全国博士生学术会议，生物能源地球母亲的绿色能源论文集：106113靳艳玲，郜晓峰，方扬，赵海*.鲜芭蕉芋全原料快速酒精发酵工艺初探C.全国博士生学术会议，生物能源地球母亲的绿色能源论文集：127133张良，陈谦，薛慧玲，赵海*.耐高温燃料乙醇酵母高浓度发酵工艺的研究C.全国博士生学术会议，生物能源地球母亲的绿

36、色能源论文集：142149方扬，甘明哲，靳艳玲，赵海*.鲜甘薯浓醪快速乙醇发酵的放大研究C.全国博士生学术会议，生物能源地球母亲的绿色能源论文集：134141Yanling Jin, Hai Zhao*.High Performance Technologies for Ethanol Production from Sweet Potato. International conference on biomass energy technologies(ICBT2010), August 21-23, 2010, Beijing, P257李科, 孙彦平, 蔡小波，赵海*.黄曲霉产木聚糖酶条

37、件的优化及酶解产物初步分析，生物技术通报，2009，S1：348351 刘艳，戚天胜，申乃坤，甘明哲，靳艳玲，赵海*. Improvement of Ethanol Concentration and Yield by Initial Aeration and Agitation Culture in Very High Gravity Fermentation.应用与环境生物学报，2009，15（4）：563567申乃坤，赵海*，甘明哲，靳艳玲.鲜甘薯原料的运动发酵单胞菌快速乙醇发酵条件.应用与环境生物学报，2009，15(3) 405409甘明哲，靳艳玲，周玲玲，赵海*.适合鲜甘薯原料乙醇

38、发酵的低粘度快速糖化预处理.应用与环境生物学报，2009,15（2）：262266靳艳玲，甘明哲，方扬，赵海*. 鲜甘薯发酵生产高浓度乙醇的技J.应用与环境生物学报，2009，15(3)410413靳艳玲，甘明哲，周玲玲，赵海*. 4个品种甘薯不同生育期的乙醇发酵比较研究.应用与环境生物学报，2009,15（2）：267269Jin Yanling, Fang Yang, Zhao Hai*.Relative characteristics on ethanol production from sweet potatoC.Biomass and organic waste as sustain

39、able resources international conference,2009:33 靳艳玲，方扬，赵海*.以保存甘薯和腐烂甘薯为原料发酵产燃料乙醇的研究.2009全国生物质能源大会会议论文集：160166 李科，靳艳玲，甘明哲，刘晓风，赵海.木质纤维素生产燃料乙醇的关键技术研究现状. 应用与环境生物学报，2008，14 ( 6 ): 877884杜昕，赵云，赵海.糖蜜发酵过程中乙醇脱氢酶对发酵效率的影响. 四川大学学报（自然科学版）.2008,4(45)增刊:450-454Yanling Jin,Hai Zhao*.Relative Characteristics of Ethanol Production of Sweet Potato. Proceedings of 3rd China-Japan-Korea Workshop on Sweetpotato，Beijing: China Agricultural University Press,2008.4274322刘艳，赵海*，戚天胜，唐秋琳，黄宇峰.一株运动发酵单胞菌Zy-1快速生产乙醇. 应用与环境生物学报，2007，13（1）：69-72赵海，甘明哲.薯类原料生产燃料乙醇. 特