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菊芋是一種重要的經濟作物，可以在干旱地和鹽堿地等邊緣土地上大量種植。菊粉 (一種 多糖) 是菊芋塊莖的主要組分，可以由菊粉酶或蔗糖酶降解為果糖和葡萄糖等單糖。與纖維素 乙醇和纖維素乳酸相比，生物轉化菊芋生產乙醇或乳酸的技術相對簡單，更易于產業化。但目 前的菊芋生物質生產燃料乙醇和乳酸技術需要使用昂貴的菊粉酶來降解菊芋生成單糖，進而發 酵成乙醇或乳酸；而且發酵產物濃度偏低，造成高昂的產物分離成本和生產成本使這一技術并 不具備產業化的潛力。 本項目的菊芋生物質生產燃料乙醇和乳酸技術采用華東理工大學研發的高固體含量底物 同步糖化與發酵技術。該技術主要包括整合生物加工菊芋生產乙醇技術和高固體含量同步糖化 與發酵菊芋生產乳酸技術。其中，整合生物加工菊芋生產乙醇技術使用自主篩選的具有高菊粉 降解活性的釀酒酵母同步糖化與發酵菊芋生產乙醇，并采用新型的螺帶攪拌式反應器，實現了 無菊粉酶添加的整合生物加工過程，乙醇濃度可達14%(v/v)以上，菊芋轉化率達80%以上；高 固體含量同步糖化與發酵菊芋生產乳酸技術通過自主研發的螺帶型反應器處理固含量達30%以 上的菊芋進行乳酸發酵，與常規發酵反應器相比，電耗降低80%以上，發酵液中乳酸濃度可達 11% (w/w) 以上，菊芋轉化率達80%以上。本技術的實施將會大大降低菊芋乙醇和菊芋乳酸的 生產成本，為菊芋生物質的生物煉制產業化奠定基礎。

葡萄糖酸和山梨醇都是用途非常廣泛的化工原料。目前山梨醇的生產主要是通過化學催化 加氫裂解葡萄糖得到的，這是一種高能耗、高分離成本且高污染的生產工藝。生物法生產山梨 醇主要利用運動發酵單孢菌周質空間內的葡萄糖果糖氧化酶催化氧化還原果糖和葡萄糖得到， 反應過程簡單，條件溫和且環境友好。但生物法的底物葡萄糖和果糖相對于產物來講是價格不 菲的。因此，分別利用價格低廉的菊芋生物質原料替代果糖和木薯淀粉質生物質代替葡萄糖來 生產山梨醇和葡萄糖酸可以大大提高該生產過程的經濟性。 本項目的菊芋生物質生產葡萄糖酸和山梨醇技術采用華東理工大學研發的利用固定化運 動發酵單胞菌同時催化菊芋果糖和木薯葡萄糖生產高濃度山梨醇和葡萄糖酸的技術。該技術主 要包括高濃度菊芋果糖和木薯葡萄糖混合水解液的生產、重組運動發酵單胞菌的細胞固定化和 利用運動發酵單孢菌催化果糖和葡萄糖生產高濃度山梨醇和葡萄糖酸等主要工序。其中，高濃 度菊芋果糖和木薯葡萄糖混合水解液的制備采用同一種糖化酶同時催化菊芋聚果糖的酶解和木 薯淀粉的酶解，避免了昂貴的多酶組分的添加，有效降低了催化底物-葡萄糖和果糖的生產成 本；運動發酵單胞菌的細胞固定化則實現了催化細胞的循環使用，降低了催化成本；利用運動 發酵單孢菌催化果糖和葡萄糖生產高濃度山梨醇和葡萄糖酸則可得到濃度達20%以上的山梨醇 溶液，大大降低了后續的分離成本，果糖和葡萄糖轉化率都在90%以上。