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新闻背景：据本报近日报道，中科院青岛生物能源与过程所研究员李福利等人在国际上首次发现了酿酒酵母菊糖水解酶，为进一步发展菊芋乙醇整合生物加工菌种提供了新思路。
以菊芋或菊芋工业废渣为原料生产乙醇，是发展燃料乙醇的重要方向之一。菊芋中可转化为乙醇的主要多糖成分是菊糖，通过整合生物加工工艺，将菊糖酶产生、菊糖水解和乙醇发酵整合为同一过程，可直接发酵菊芋生产燃料乙醇。
酿酒酵母是乙醇规模化生产的最佳菌种。该研究所的科研人员前期获得了一株温度耐受性菊糖代谢酿酒酵母菌株。
与目前应用最为广泛的马克思克鲁维酵母的外切菊糖酶基因相比，新菊糖酶基因在酿酒酵母中表达后，工程菌株表现了更高的菊糖代谢能力。
■黄鸿志
这是对拓展生物乙醇生产原料的一个有益尝试。随着人类对可持续燃料需求的不断增大以及乙醇生产技术的不断完善，包括非粮作物及农林废弃生物质在内的原料在工业上大规模用于乙醇的生产制造将指日可待。当一种价值低的物质找到某种价值高的应用时，其本身的价值也就随之升高。生物乙醇领域将来的竞争，必定在于原料获得上的竞争。
因此，开发多种具有商业应用价值的生物质原料，是目前生物乙醇研发的主要方向之一。目前，除几种主要的农业秸秆，如玉米秸秆、麦秸秆、水稻秸秆等，能源草、甜高粱茎秆、麻类植物等也进入了乙醇生产原料的考察范围。
菊芋，又名洋姜，鬼子姜，是一种菊科向日葵属多年生草本植物。原产于北美洲，20世纪初由日本人引进到中国。菊芋是一种在生态上与经济上都具有重大价值的植物。它具有耐寒、抗风沙、繁殖力强、不易感染病虫害等特点，适用于沙地的生态治理。同时菊芋的地下块茎还含有丰富的菊糖。
菊糖是以果糖为结构单元组成的多糖，可以食用，可以作为饲料。经过深加工还可以制成低聚果糖和高纯度果糖等具有经济价值的产品。目前利用菊芋生产燃料乙醇的工艺方法集中在添加复合酶制剂与酵母（如酿酒酵母、马克思克鲁维酵母、粟酒裂殖酵母等）同步糖化发酵工艺或水解—发酵工艺上，其共同面临的问题包括添加复合酶制剂成本高，发酵时间长等。
本技术将菊糖水解及进一步发酵成乙醇整合至同一微生物中进行，该策略与向酿酒酵母中整合糖化酶从而实现糖化及发酵于一体的思路相似。其中的关键是要找到合适的菊糖水解酶。
该研究小组从酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）中分离得到一种菊糖外切酶，并构建了高效的表达载体，然后重新将其克隆到酿酒酵母中，使其能够进行高效表达。该技术简化了工艺，无须外加菊糖外切酶。采用在酿酒酵母中过表达菊糖外切酶的办法，有望在底物水解速度及乙醇得率方面得到进一步提高。而且，当使用菊糖作为酿酒酵母的碳源，还可以诱导菊糖外切酶的表达。与使用蔗糖作为碳源相比，菊糖外切酶的酶活可以提高4.3倍。从而节约了碳源的消耗。
乙醇浓度是决定某一工艺是否具备经济性的主要指标之一，一般认为，乙醇重量百分比须在4%~5%以上，才能在蒸馏成本及乙醇收益之间达到平衡。本技术产酒效率还有提升空间。目前，采用国际先进技术进行淀粉加工时，乙醇浓度可达23%，国内先进技术也可达15%，远高于本技术所达到的6.5%。为获得与菊糖其他工业应用相比较的竞争优势，本技术的过程经济性有待进一步提高。
另外，作为一种大宗化工及燃料产品，乙醇的生产需要消耗大量的原料，如何确保菊芋原料的大规模持续供应，也将成为推动该技术产业化的关键因素之一。
（作者系诺维信中国研发中心生物质能源技术经理）