第四讲生物乙醇

2023/2/41生物质转化工程BiomassConversionEngineering第四讲生物质制乙醇授课：何艳峰博士2023/2/42内容（Contents）概述燃料乙醇主要特点发酵原料燃料乙醇生产技术乙醇生产过程常用的技术指标乙醇发酵微生物学乙醇发酵的副产物美国燃料乙醇发展状况巴西燃料乙醇发展状况中国燃料乙醇发展历程中国燃料乙醇国家标准中国燃料乙醇主要生产企业燃料乙醇未来发展方向燃料乙醇生产技术需求2023/2/431、

概述乙醇又称酒精，是由C、H、O三种元素组成的有机化合物，乙醇分子式C2H5OH，相对分子质量为46.07。常温常压下，乙醇是无色透明的液体，具有特殊的芳香味和刺激味，吸湿性很强，可与水以任何比例混合并产生热量。乙醇易挥发、易燃烧。工业乙醇含乙醇约95%，含乙醇达99.5%以上的酒精称为无水乙醇。生物乙醇，是以生物质为原料生产的可再生能源。燃料乙醇，是指通过对乙醇进一步脱水，使其含量达99.6%以上，再加上适量变性剂而获得的能源。缺点

乙醇汽油的保质期只有一个月。过了保质期的乙醇汽油容易出现分层现象，在油罐油箱中容易变浑浊，打不着火。乙醇汽油对环境要求非常高，非常怕水，保质期短，因此销售乙醇汽油要比普通汽油在调配、储存、运输、销售各环节要严格得多。优点

可作为新的燃料，减少对石油的消耗。燃料乙醇作为可再生能源，可直接作为液体燃料或者同汽油混合使用，可减少对石油的依赖，保障本国能源的安全。

可直接作为液体燃料或者同汽油混合使用，而不用更换发动机。汽油中加入燃料乙醇可大大提高汽油的辛烷值，有效地提高汽油的抗爆性。

作为汽油添加剂，可减少汽油消耗量，增加燃烧的含氧量，使汽油更充分燃烧。

乙醇是可再生能源，若采用甜高粱、小麦、玉米、稻谷壳、薯类、甘蔗、糖蜜等生物质发酵生产乙醇，其燃烧所排放的CO2和作为原料的生物源生长所消耗的CO2

在数量上基本持平，这对减少大气污染及抑制温室效应意义重大。2、

燃料乙醇主要特点

从乙醇生产工艺的角度来看，乙醇生产所用原料可以这样定义：凡是含有可发酵性或可变为发酵性糖的物料都可以作为乙醇生产的原料。由于乙醇生产工艺和应用的发酵微生物范围不断扩大，技术不断改进，乙醇发酵的原料范围也不断在扩大。例如，半纤维素水解液中主要的糖分—木糖，是一种原认为不可发酵的糖，但是现在木糖是可以发酵的了，半纤维素也就变成了一种乙醇生产的原料。3、发酵原料淀粉质原料:主要有甘薯、木薯、玉米、马铃薯、大麦、大米、高粱等。主要原料其它原料:如造纸厂的硫酸盐纸浆废液、淀粉厂的甘薯淀粉渣和马铃薯淀粉渣、奶酪工业的副产品等。糖质原料:主要是甘蔗、甜菜、糖蜜。纤维素原料:纤维素原料是地球上最有潜力的乙醇生产原料，主要有农作物秸秆、森林采伐和木材加工剩余物、柴草、造纸厂和造糖厂含有纤维素的下脚料、生活垃圾的一部分等。

目前，甘蔗按用途不同形成了两大种类：一类用于制糖，其纤维较为发达，利于压榨，糖分较高，一般为12%-18%，出糖率高，这一类称为糖料蔗或原料蔗；另一类主要作为水果食用，其纤维较少，水分充足，糖分较低，一般为8%—10%，称为果蔗或肉蔗。用于生物乙醇生产的甘蔗属于糖料蔗。

2007-2008年榨季，我国甘蔗种植面积达2430万亩，国内食糖产量达到1484万吨，已基本实现自给有余。我国已成为继巴西和印度之后的世界第三大蔗糖生产国。

1）甘蔗糖类生物质原料2）甜菜

甜菜（BetavulgarisL.）古称忝菜，属藜科、甜菜属。甜菜分为野生种和栽培种，甜菜的栽培种有4个变种：叶用甜菜、火焰菜、饲料甜菜、糖用甜菜。

糖用甜菜，俗称糖萝卜，通称甜菜，块根的含糖率较高，一般达15%-20%，是制糖工业和乙醇工业的主要原料，其茎叶、青头和尾根是良好的多汁饲料，因此也是甜菜属种开发利用最为充分的栽培种。甜菜是我国及其世界的主要糖料作物之一，在我国已有百年的种植历史。甜菜具有喜温凉气候，有耐寒、耐旱、耐碱等特性，主要分布在北纬30°—63°。3）甜高粱

甜高粱又称糖高粱、甜秆、甜秫秸等，是普通粒用高粱[Sorghumbicolor(L.)Mocnch]的一个变种，以茎秆含有糖分汁液为特点。甜高粱是耐盐碱、耐贫瘠、耐旱涝作物；我国约有2.8亿亩荒草地、盐碱地可以用于推广种植甜高梁。亩产4～6吨茎秆，含糖高达18%～24%，平均16吨甜高梁茎秆可产1吨燃料乙醇。用甜菜、甜高粱和甘蔗以及这些原料制糖中产生的废糖蜜生产燃料乙醇，都不需要进行原料的蒸煮、液化和糖化，极大地降低了燃料乙醇生产的能耗，但由于这三种糖类作物的季节性较强，因此目前在我国还不能进行全年生产，这也是糖类作物目前尚未大规模用于生产燃料乙醇的原因之一。2023/2/411

甘薯主要用于饲料、工业加工及食用，用途不及玉米广泛。目前国内甘薯的利用效率较低，产量多年过剩，仅四川省因未及时加工而腐烂鲜薯约500万吨，占产量30%。淀粉类生物质原料1）薯类原料（1）甘薯。甘薯学名IpomoeabatataeLam，在我国，北方俗称地瓜、红薯，南方称山芋、番薯。新鲜甘薯可以直接作为乙醇生产的原料。但是，为了便于储存，供工厂全年生产，一般都将甘薯干切成片、条或丝，晒成薯干。约3Kg鲜薯晒制1Kg薯干。甘薯可利用资源大，是国家大力提倡优先发展的燃料乙醇生产原料。

（2）木薯木薯（ManihotesculentaCrantz），是一种多年生植物，属大戟科。目前全世界木薯种植面积已达2.5亿亩，是世界上5亿人口的基本粮食。木薯具备甘薯所具有的一切优点，而且果胶质含量少，醪液黏度小，可实现浓醪发酵。木薯作为原料的缺点主要是含氢氰酸；种植面积分布在山区，收集运输较困难；生产周期较长，在一年以上。

2）谷类原料国际上最常用的谷类原料为玉米和小麦。我国在20世纪80年代以前，只有当薯干等原料不足，或谷类受潮发热、霉烂变质不能食用的情况下才采用谷类原料。80年代以后，随着粮食产量逐年增加，用于乙醇生产的谷物数量也大幅增加。

（1）玉米。我国北方称之为苞米或包谷，南方称之为珍珠米。玉米有黄色玉米和白色玉米两大类。我国发酵乙醇的原料构成近年来发生了明显的变化：甘薯类乙醇的比例逐年下降，而玉米乙醇则呈不断增长的趋势。（2）小麦。我国是全球小麦生产第一大国。小麦在我国大面积种植。1996—2000年河南省的小麦已出现区域过剩现象，也正是在这样的情况下，陈化粮小麦作为原料开始进入乙醇生产领域。3）野生植物原料利用野生植物来代替粮食原料制造乙醇是发展我国乙醇加工业的一个途径。利用野生植物为原料生产乙醇不仅可以节约工业用粮，而且大多数不需要进行栽培和管理，只要利用农闲时采集，可以增加收入；另外许多野生植物是医药工业和化工的原料，有利于原料的综合利用。可用于生产乙醇的野生植物有橡子、土茯苓、菊芋等。（1）橡子。橡子是橡树生产的果实，在每年9、10月份成熟，为黄色或棕色的坚果，形似卵形或球形，含有50%左右的淀粉，1956年开始，在我国就有乙醇厂利用橡子来制造乙醇。橡子是乙醇工业的一种良好的代用原料。（2）土茯苓。土茯苓又名金刚根，在我国广东、台湾和西南部地区山野之间均有生长，淀粉含量在60%左右。从色泽来看，土茯苓可以分为红、白两种，红色土茯苓内含单宁和色素的量较多，白色土茯苓内含淀粉较多。土茯苓除用来制造乙醇外，还可以作为药材之用。

（3）石蒜。石蒜又名毒蒜，生长于堤塘、坟地等树荫间，我国各地均有。它有地下球形鳞茎，好似水仙，外皮为灰黑色。淀粉含量40%左右。石蒜的组织松脆，纤维含量少，易于粉碎和蒸煮，是一种良好的代用原料。2023/2/416菊芋俗称洋姜，别名鬼子姜，是多年生草本植物。菊芋是在地下生长的块茎，容易栽培，一年种植后可以连收4-5年。菊芋含有一种储存性糖—菊粉，可以通过生物技术将菊粉转化为果糖、乙醇和蛋白质饲料等；成份：含丰富菊糖，系果糖多聚物，块茎含糖量高，可达其干重60%～70%；种植特点：耐贫瘠（可在盐碱滩涂种植）、耐寒、耐旱（可用海水灌溉）、耐盐碱；加工特点：菊芋原料水解不需要预处理和高温液化。4）菊芋

（5）葛根。据世界粮农组织等权威机构专家预测，葛根有望成为世界第六大粮食作物，5年内全球需求量每年达到500万吨。目前国内已多处推广淀粉含量较高的粉葛，粉葛的优势在于产量大、耐旱、耐涝、耐贫瘠，多年生植物，对气候条件要求低，淀粉含量高，储存期长，综合利用的潜力大。纤维素类生物质原料

纤维素是世界上最丰富的天然有机高分子化合物，它不仅是植物界，也是所有生物分子最丰富的胞外结构多糖。世界上来源最为广泛的生产燃料乙醇的生物质原料是纤维素类，包括秸秆、麻类、农作物壳皮、树枝、落叶、林业边脚余料等。利用数量最大、成本最低的木质纤维素为原料生产乙醇是利用可再生资源解决生物能源和生物化工的一个国际性大课题，不少国家早在1970年以前就已开展工作。

纤维素可作为乙醇的原料。由于利用纤维原料生产燃料乙醇仍然存在原料预处理难度大、纤维素酶酶活低、酶解速度慢、戊碳糖不能有效利用三大技术障碍，因此目前纤维类物质只能作为生产燃料乙醇的潜在原料。但从发展的眼光看，最终解决燃料乙醇大量使用时的原料问题的方法将转向纤维素类，依靠现代生物技术、基因工程技术等高新技术，通过筛选种植高能、高产纤维素资源，利用我国大量的农业废弃资源和工业废弃物资源，开发和实现利用纤维质生产乙醇技术的产业化，可以为燃料乙醇提供取之不尽、用之不竭的可再生植物原料。生物质利用的障碍天然纤维素材料的结构性质非常复杂，主要是纤维素的高度结晶性和木质化，阻碍了酶与纤维素的接触使其难以直接被降解。必须通过预处理，以降低纤维素的结晶度，增加纤维原料的多孔性，脱除木质素的保护作用，增加酶与底物的接触面积，从而提高酶解的效率。复杂的化学组成复杂的理化结构纤维素晶体可及表面积木质素保护半纤维素覆盖预处理的目的打破细胞壁结构断裂纤维素晶体结构获得尽可能多的纤维素导致纤维素最大的可酶解性脱去尽可能多的木质素糖液抑制性副产物少，毒性小理想的预处理技术简单安全，经济可行，专一性强，效能高，环境友好纤维素原料预处理的原则：

①避免生成对后续水解或发酵有害的副产物

②避免碳水化合物的降解或损失

③有利于酶水解过程的糖化

④经济可行预处理方法

物理法物理化学法化学法生物法综合法纤维素原料预处理方法1、物理方法包括机械粉碎、蒸汽爆破、热水处理、辐射、微波处理、冷冻、挤压热解等。这些处理的目的在于降低纤维素结晶度，破坏木质素、半纤维素结合层。机械粉碎是纤维原料预处理的常用方法，通过切、碾和磨等工艺使纤维原料的粒度变小，增加底物和酶接触的表面积，降低纤维素的结晶度。机械粉碎包括干法粉碎、湿法粉碎、振动球磨碾磨等蒸汽爆破：被认为是有效的预处理方法之一。原理：水蒸汽在高温高压条件下，渗入细胞壁内部，发生水解作用，使α-和β-烯丙醚键断裂，破坏了结合层结构；然后突然减压，由此产生强大的爆破力，使物料破碎。采用蒸汽爆破处理,反应条件剧烈,处理后部分纤维素分解成葡萄糖并进一步降解成5-羟甲基糠醛、乙酰丙酸、甲酸,半纤维素也会部分降解成糠醛和甲酸,降解后一方面降低了糖的收率,另一方面，这些水解产物将对后续的发酵形成严重的抑制。

热水处理

在较高的温度(180-240℃)和压力下，液态水部分离子化，例如在220℃、水的pH为5.5条件下，水可以部分起到酸水解木质纤维的作用。

采用热水处理，所有的半纤维素和超过60%的木质素被分馏出来，而少于10%纤维素进入液相，得到的低聚戊糖、葡聚糖含量远高于采用蒸汽处理；热水分馏液对葡萄糖发酵产酒精没有抑制作用。微波处理

是利用300MHz-300kMHz的电磁波处理木质纤维素，该法具有操作简单、时间短、效率高的特点；微波处理的温度在160~180℃，即木质素和半纤维素的软化温度。2023/2/426氨纤维爆破(ammoniafiberexplosion,AFEX)法：氨能破坏木质素结构，用液氨在低温下处理纤维原料，用突然减压的方法产生爆破效应，避免了高温条件下糖的降解，不太形成发酵抑制物，爆破后汽化的氨容易回收，能量消耗和投资成本比较合理。蒸汽爆破-SO2法：木质纤维素先在室温下加水、通入SO2充分浸泡,再通入蒸汽爆破处理酸浸泡的纤维素,处理后的SO2气体循环再利用。湿氧化技术：加温加压条件下，水和氧气共同参加的反应，加入NaCO3可防止纤维素破坏，使木质素和半纤维素溶解于碱液中，而与纤维素分离，形成的糠醛类副产物较少。2、物理化学法

物理-化学预处理主要指化学处理-蒸汽爆破法；如氨纤维爆破法(AFEX)、CO2

爆裂以及蒸汽爆破-SO2

等方法。3、化学法包括酸处理（盐酸、硫酸、磷酸、二氧化硫）、碱处理（氢氧化钠、NH3等）、溶剂处理（乙醇、丁醇、丙酮等，需催化剂）等。这些处理的目的在于降低纤维素结晶度，溶解脱去木质素。稀酸预处理：通常采用0.3~3%的H2S04于110~220℃下处理一定时间。由于半纤维素被酸水解成单糖，纤维残渣形成多孔或溶胀型结构，从而促进了酶解效果。碱法预处理：利用木质素能够溶于碱性溶液的特点，脱除木质素，引起木质纤维原料润胀，导致纤维内部表面积增加，聚合度降低，结晶度下降，从而促进酶水解的进行。常用的碱包括NaOH，KOH，Ca(OH)2和氨水等。特点：效率高，水解产物存在有机酸，醛类抑制微生物和酶作用，成本低，环境污染严重。4、生物法生物法预处理是使木质纤维素中木质素在真菌作用下的生物降解过程。木质素降解菌研究最多的是白腐菌，白腐菌分解木质素能力较强，能有效地选择性分解植物纤维中的木质素。但白腐菌在降解木质素过程中也会消耗部分纤维素和半纤维素，影响糖得率，有待于通过基因工程或代谢工程选育选择性更强的分解木质素的微生物。特点：专一性强，速度慢，分解效率低，周期长，成本低，环境友好

4.1乙烯水合法工业上有两种方法，一种是以硫酸为吸收剂的间接水合法；另一种是乙烯催化直接水合法。①间接水合法

也称硫酸酯法，反应分两步进行。首先，将乙烯在一定温度、压力条件下通入浓硫酸中，生成硫酸酯，再将硫酸酯在水解塔中加热水解而得乙醇，同时有副产物乙醚生成。

间接水合法可用低纯度的乙醇作原料、反应条件较温和，乙烯转化率高，但设备腐蚀严重，生产流程长，已为直接水合法取代。4燃料乙醇生产技术②直接水合法

在一定条件下乙烯通过固体酸催化剂直接与水反应生成乙醇：CH2=CH2(g)＋H2O(g)=CH3CH2OH该反应是放热、分子数减少的可逆反应。理论上低温、高压有利于平衡向生成乙醇的方向移动，但实际上低温、高压受到反应速率和水蒸气饱和蒸气压的限制。工业上采用负载于硅藻土上的磷酸催化剂，反应温度260℃～290℃，压力约7MPa，水和乙烯的物质的量比为0.6左右，此条件下乙烯的单程转化率仅5％左右，乙醇的选择性约为95％，大量乙烯在系统中循环。主要副产物是乙醚，此外尚有少量乙醛、丁烯、丁醇和乙烯聚合物等。乙醚与水反应能生成乙醇，故将其返回反应器，以提高乙醇的产率。2023/2/4314.2发酵法生产乙醇

发酵法采用各种含糖（双糖）、淀粉（多糖）、纤维素（多缩己糖）的农产品，农林业副产物及野生植物为原料，经过水解（即糖化）、发酵使双糖、多糖转化为单糖并进一步转化为乙醇。淀粉质在微生物作用下，水解为葡萄糖，再进一步发酵生成乙醇。发酵法制酒精生产过程包括原料预处理、蒸煮、糖化、发酵、蒸馏、废醪处理等。

C6H12O6→2CH3CH2OH+2CO22023/2/433原料乙醇产量原料乙醇产量玉米370木料160甜土豆125糖蜜280甘蔗70甜高粱86木薯180鲜甘薯60几种生产原料的乙醇产量

单位：L/t使用酶水解法生物转化纤维类生物质的过程常涉及四步生物催化的反应：纤维素酶的生产、纤维素水解、已糖发酵和戊糖发酵。根据这些生物反应被组合的程度，可分为四类：综合生物工艺、水解发酵二步法、同步糖化发酵和同步糖化共发酵技术。①

综合生物工艺（CBP）：将纤维素酶生产、水解和发酵组合在一步里完成。工艺简单、成本低，但产率低、副产物多；②水解发酵二段法（SHF）：先用纤维素酶水解纤维素，再用酵母发酵产生乙醇，该法受末端产物抑制、低细胞浓度以及基质抑制。③同步糖化发酵技术（SSF）：将可产生纤维素酶的微生物和酵母一起培养发酵，可解决纤维二糖抑制问题，但整体效率不高。④同步糖化共发酵技术（SSCF）：在SSF的基础上，将戊糖与己糖同步发酵，实验室阶段。发酵工艺

糖类原料乙醇发酵工艺糖类原料不需要蒸煮、液化、糖化等工序。工艺和设备相对简单，生产周期短。蒸馏制取糖汁稀释酸化灭菌澄清添加营养盐发酵脱水预处理后处理糖蜜特点

淀粉类原料乙醇发酵工艺糖化蒸煮粉碎淀粉原料发酵试管大米米曲曲汁米曲霉曲霉菌麸皮三角瓶种曲糖化曲试管曲霉菌大米米曲曲汁三角瓶

卡代罐

小酒母试管

酵母菌

大米米曲曲汁

米曲霉酒母糖化酶大酒母蒸馏

酒糟

乙醇杂醇油

淀粉质原料通过水热处理，成为溶解状的淀粉、糊精和低聚糖等，但尚不能直接被酵母菌利用生成乙醇，必须加入一定数量的糖化剂，使溶解的淀粉、糊精和低聚糖等转化为能被酵母利用的可发酵糖。分为3个阶段，前发酵期，主发酵期和后发酵期。间歇发酵总时间为56～72h，连续发酵为44～52h。前发酵期：酵母进入发酵罐与糖化醪混合后，由于酵母密度不高，且醪液中含有一定量的溶解氧，醪液中的各种营养成分也充足，因此，酵母经短时间适应后开始生长繁殖，与此同时，糖化酶继续作用，糊化的淀粉以及糊精被转化为糖。发酵前期的长短与酵母量的多少有关，酵母量大，发酵前期短，反之则长。实际生产时，酵母量在10％左右，发酵前期为6-8h。连续发酵时前发酵期的作用不强烈，醪液温度低，乙醇含量低，对杂菌抑制能力差，因此在前发酵期应特别防止杂菌污染。乙醇发酵过程

主发酵期：主发酵期由于酵母细胞大量形成，醪液中的细胞数可达l亿个／mL以上，由于溶解氧的耗竭，醪液中氨、磷等缺乏，酵母巳不再大量繁殖，而主要进行乙醇发酵，在此阶段，醪液中的糖分消耗迅速，乙醇含量逐渐增加。主发酵期的发酵作用较强烈，醪液温度上升很快，加之产生大量的二氧化碳在释放过程中带动了醪液上下翻动，产生大量泡沫，因此，必须控制好主发酵的温度，常用酵母控制最高发酵温度不得高于34—35℃，耐高温酵母一般发酵温度不高于37℃，同时，应注意添加消泡剂。主发酵期的长短，取决于醪液中可发酵物质的浓度，发酵醪中糖分高，主发酵时间长，反之则短，主发酵期时间一般为15h。乙醇发酵过程

后发酵期：发酵后期醪液中的糖分已大部分被酵母菌所利用，但醪液中残存的糊精等多糖成分继续被转化为可发酵糖，酵母则将它转化为乙醇。这个时期的糖化作用速度比糖化发酵速度要慢很多，为此，后发酵期乙醇和二氧化碳生成量较主发酵期减少。后发酵期发酵作用因糖分减少而减弱，产生的热量也较主发酵期大大减少，因此要保持醪液温度不低于30℃，醪液温度太低，会影响糊精及淀粉的糖化作用，造成残糖增加，影响原料的淀粉利用率。由于这个时期的糖化作用较慢，因此发酵后期一般用40h左右才能保证发酵完成彻底。乙醇发酵过程

2023/2/440成熟的发酵醪内，乙醇质量浓度一般为8-10％。由于原料不同，水解产物中乙醇含量高低相异，如谷物发酵醪液中乙醇的质量分数不高于12％，亚硫酸法造纸浆水解液中仅含乙醇约1.5％。发酵醪中除含乙醇和大量水外，还有固体物质和许多杂质，需通过蒸馏把发酵醪液中的乙醇蒸出，得到高浓度乙醇，同时副产杂醇油及大量酒糟。脱水技术是燃料乙醇生产关键技术之一。从普通蒸馏工段出来的乙醇，其最高质量浓度只能达到95%，要进一步的浓缩，继续用普通蒸馏的方法是无法完成的，因为此时酒精和水形成了恒沸物（对应的恒沸温度为78.15℃），难以用普通蒸馏的方法分离开来。为了提高乙醇浓度，去除多余的水分，就需采用特殊的脱水方法。目前制备燃料乙醇的方法主要有化学反应脱水法、恒沸精馏、萃取精馏、吸附、膜分离、真空蒸馏法、离子交换树脂法等。乙醇脱水制得燃料乙醇原料利用率乙醇生产效率题：发酵醪液总糖含量（以葡萄糖计）为10%，发酵液装载量为发酵罐实际容积的80%，经18h发酵后，成熟醪液的乙醇含量为6%（体积分数），该发酵过程的原料利用率和乙醇生产效率是多少？2023/2/4425、

乙醇生产过程常用的技术指标2023/2/4436、

乙醇发酵微生物学乙醇发酵微生物的性能应该具有高的发酵性能，能快速并完全地将有效糖分转化成乙醇繁殖速度快，具有很高的比生长速率具有高的耐高浓度糖和乙醇能力，即对自身的代谢底物和产物的稳定性好；抗杂菌能力好，对杂菌的代谢产物的稳定性好，抗有机酸能力高；对复杂成分培养基的适应能力强；对温度、酸度和盐度的突变适应性强，即自身对环境的适应能力强。2023/2/4446、

乙醇发酵微生物学乙醇发酵过程中最关键的因素是产乙醇的微生物，生产中能够发酵生产乙醇的微生物主要有酵母菌和细菌。目前工业上生产乙醇应用的菌株主要是酿酒酵母，这是因为它发酵条件要求粗放，发酵过程pH低，对无菌要求低，以及其乙醇产物浓度高（实验室可达23%，v/v）。这些特点是细菌所不具备的。细菌由于其生长条件温和，pH高于5.0，易染菌，而且除运动发酵单胞菌外，还存在安全方面的疑虑，其菌体能否作为饲料尚存疑问，细菌还易感染噬菌体，一旦感染了噬菌体将带来重大经济损失。所以迄今为止，生产中大规模使用的仍是酵母。传统乙醇生产中常用菌株

（1）南阳五号酵母（1300）。是河南天冠企业集团选育的菌株。菌落呈白色，表面光滑，边缘整齐，质地湿润。细胞呈椭圆形，少数腊肠型。能发酵麦芽糖、葡萄糖、蔗糖、1/3棉籽糖，不发酵乳糖、菊糖、蜜二糖，耐乙醇浓度可达13%。（2）南阳混合酵母（1308）。菌落特征和利用糖的情况和南阳五号酵母相同。细胞呈圆形，少数卵圆形。该酵母在含单宁原料中乙醇发酵能力较强，变形少，产乙醇能力也强。

（3）拉斯2号（RasseⅡ）酵母。又名德国2号酵母，细胞呈长卵形，较难形成子囊孢子。能发酵葡萄糖、蔗糖、麦芽糖，不发酵乳糖。在玉米醪中发酵特别旺盛，适用于淀粉质原料。

（4）拉斯12号（RasseⅫ）酵母。又名德国12号酵母，细胞呈圆形或近卵圆形，较易形成孢子。细胞富含肝糖，在培养条件良好时无明显的空泡。在麦芽汁培养基上形成灰白色菌落，中心凹陷，边缘呈锯齿状。能发酵葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖、半乳糖和1/3棉籽糖，不发酵乳糖。

（5）K字酵母。从日本引进的菌种，细胞卵圆形，个体较小，但生长迅速。适用于高粱、大米、薯类原料生产乙醇。

1）细菌的乙醇发酵少数假单胞菌（Pscudomonas），如林氏假单胞菌（P.lindneri）能利用葡萄糖经ED途径进行乙醇发酵，总反应式为C6H12O6+ADP+H3PO4

2CH3CH2OH+2CO2+ATP其他乙醇发酵菌2)工程酵母酿酒酵母是第一个完成基因组测序的真核生物，其80%的基因功能都已经获知，遗传操作性强。因此，许多科学工作者致力于应用生物技术手段来改造酿酒酵母。

酿酒酵母最大的局限是不能直接利用生淀粉和寡糖，不能利用戊糖。自1990年以来，有许多文献报道在酵母中表达不同来源的α-淀粉酶和糖化酶。

2004年Shigechi等报道利用细胞表面工程构建表达α-淀粉酶和糖化酶的酵母，利用生淀粉发酵产生乙醇。该酵母能在72h内产生61.8g/L乙醇，是生玉米淀粉理论收率的86.5%。

1996年，Ho等通过将木糖还原酶（催化木糖生成木糖醇）、木糖醇脱氢酶（催化木糖醇生成木酮糖）和木酮糖激酶（催化木酮糖生成5-磷酸木酮糖）的基因通过载体转入酿酒酵母，首次成功构建可以同时利用葡萄糖和木糖生产乙醇的工程酵母。随后又将上述3个基因的多拷贝整合到酵母染色体上，得到了稳定的工程酵母，可以在36h发酵每升含53g葡萄糖和56g木糖的混合发酵液产生50g/L乙醇。

3）工程细菌如前所述，细菌作为乙醇生产菌有着一定的缺陷，但是细菌广谱的底物利用能力使得它们在发酵木质纤维素水解液方面存在优势，而且它们利用戊糖的速度有时甚至同利用己糖一样快，其菌体生成量少，使得它们有较高的乙醇转化率。运动发酵单胞菌与酵母相比产生菌体量少，其乙醇转化率高5%—10%，乙醇生产率是酵母的2.5倍，其乙醇耐受力可达120g/L，运动发酵单胞菌被认定为安全菌株。但是运动发酵单胞菌仅能利用葡萄糖、果糖和蔗糖。将木糖异构酶、木酮糖激酶、转酮酶和转醛酶引入运动发酵单胞菌，工程菌可以利用木糖产生乙醇，其乙醇转化率据报道可达86%。

总之，基因工程技术是极具发展潜力的生物技术，在研究中也已获得产乙醇的高效菌种，但这些高效菌种也面临一系列的问题：由于代谢网络的刚性导致优良性能片段丢失；由于环境等因素导致代谢流的改变而使得乙醇产量下降；底物利用的局限如自然界中大量的纤维二糖等仍然不能利用，等等。虽然这些高效菌种还有待于更进一步驯化成熟，有待于在工业化生产中接受更严峻的挑战，但是基因工程技术确实为燃料乙醇的生产提供了前所未有的发展机遇，将为人类实现清洁能源生产、环境保护等方面作出重大贡献。

甘油的生成。正常发酵条件下，发酵醪中只有少量的甘油生成，其含量为发酵醪量的0.3%-0.5%。但在一些条件下，酵母可以转化糖分为甘油，例如，向发酵液中添加亚硫酸钠，或发酵醪液的pH偏向碱性，则部分糖分则会流向甘油产生方向。如果发酵醪液为碱性条件pH7.6，2分子乙醛会起歧化反应，相互氧化还原，生成乙醇和乙酸。当乙醛被用完后，同样是磷酸二羟丙酮作为受体，进而生成甘油，所以正常的乙醇发酵应在酸性条件下进行，以免糖分过多产生甘油，降低乙醇转化率。7乙醇发酵的副产物

杂醇油的生成。杂醇油是一类高沸点化合物的混合物，主要是高级醇，不易溶于水。在正常情况下，乙醇醪液中杂醇油的含量为0.3%-0.7%。在乙醇发酵过程中，由于原料蛋白质分解产生了氨基酸，氨基酸的氨基被酵母菌同化，用作氮源，余下的部分脱羧生成相应的醇类，这些醇类就是杂醇油。除此途径外，其他途径也会生成杂醇油。如丙酮酸与胱氨酸作用，生成丙氨酸和α-酮基异己酸，后者再脱羧，生成异戊醛，异戊醛被还原则可生成杂醇油的主要成分异戊醇。杂醇油的生成与酵母的生命活动有关，间接地也与原料的品种和营养组成有关。

有机酸的生成。除琥珀酸之外，其他有机酸均是由于杂菌污染的结果。常见的杂菌有乳酸菌、乙酸菌和丁酸菌，这些杂菌会产生有机酸乳酸、乙酸和丁酸等。乙酸菌可以利用乙醇生成乙酸，乙酸的生成往往会增加挥发酸的含量。图.美国燃料乙醇产量增长年均递增率35.7%燃料乙醇产量

2005年，美国替代巴西跃升为世界头号生物燃料乙醇生产国。该年度美国燃料乙醇总产量比2001年翻了一番。2006年，美国生物燃料乙醇总产量达到1680万吨，比2001年增加了144.5%。从2004年到2008年，美国燃料乙醇的产量年均增长率达35.7%，2008年燃料乙醇的产量是2004年的3.39倍，约占全球产量的53%。8美国燃料乙醇发展状况2023/2/456燃料乙醇原料

美国的生物燃料乙醇工业，主要以玉米为原料，约占全国燃料乙醇的95%。生产工厂截止2006年，在美国的21个州共有101座乙醇，总产能为48亿加仑。发展规划按照美国能源部发布的《2008年度能源展望》的数据，到2030年，美国生物能源规划中来自玉米的燃料乙醇将猛增到150亿加仑，至少需要玉米12701万吨。8美国燃料乙醇发展状况巴西20世纪70年代即进行燃料乙醇生产与推广。1977年开始使用E20汽油（含乙醇20%），1980年研制出使用含水乙醇的汽车发动机，所用燃料乙醇含水量达7.8%。巴西于2007年6月中旬宣布，将使车用汽油中乙醇掺入量最大值从23%增加到25%。8巴西燃料乙醇发展状况巴西现有96家专门生产乙醇的工厂，233家工厂既生产乙醇又生产蔗糖，2007年共生产蔗糖3100万吨，生产乙醇1784万吨。2008年共生产蔗糖3130万吨，生产乙醇2040万吨（257亿升）。2023/2/458生产状况

截止2009年10月，巴西共建有320家乙醇生产厂，5年内还将增加50多家。为满足市场需求，巴西有关公司计划今后5年内投入约60亿美元建设新甘蔗种植园和乙醇工厂。巴西可再生能源公司（Brenco）旨在成为世界上最大的乙醇生产商，SantaElisa公司，Petrobras公司也是巴西比较知名的燃料乙醇生产企业。2009年巴西燃料乙醇产量1900万吨。燃料乙醇原料

巴西燃料乙醇的生产是以甘蔗为原料，目前全国甘蔗年产量约有一半用于生产乙醇，预计2010年前后将有60%产量用于乙醇生产。其生产方法是直接将榨取的甘蔗汁进行发酵。前处理工艺比较简单，投资较少，生产成本较低。9巴西燃料乙醇发展状况

21世纪初我国就开始进行生物燃料的科学研究与开发利用工作。2000年开始进行推广乙醇汽油准备工作；2001年，我国启动了“十五酒精能源计划”并要求在汽车运输行业中推广使用燃料乙醇。国家有关部门制定并颁布了《变性燃料乙醇》（GB18350-2001）、《车用乙醇汽油》（GB18351-2001）等一系列国家标准。

2002年6月在河南省的郑州、洛阳、南阳和黑龙江省的哈尔滨、肇东等5个城市进行车用乙醇汽油使用试点。2004年，车用乙醇汽油的试点进一步扩大到河南、安徽、黑龙江、吉林、辽宁5省全省范围。2005年又在湖北9个地市、山东7个地市、河北6个地