郭振強(qiáng) 張勇 曹運(yùn)齊 劉云云 趙于 吳藹民

（1 陜西科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，西安 710021；2 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與風(fēng)景園林學(xué)院，廣州 510642）

木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)是地球上儲量豐富、分布廣泛的可再生資源，主要包括農(nóng)作物秸稈、林業(yè)廢棄物、動物排泄物等。其主要由纖維素（約占干物質(zhì)重的30%-50%）、半纖維素（20%-40%）和木質(zhì)素（10%-25%）3 大部分組成。另外，還含有少量的膠體物質(zhì)［1］。纖維素和半纖維素都以聚糖形式存在，纖維素主要由六碳糖聚合而成，而半纖維素則主要由戊碳糖聚合形成。利用木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)生產(chǎn)燃料乙醇，通常需要經(jīng)過預(yù)處理以打破其致密結(jié)構(gòu)，再將聚糖水解轉(zhuǎn)化為單糖，最后利用釀酒酵母將單糖發(fā)酵轉(zhuǎn)化為乙醇。

目前，木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)生產(chǎn)乙醇的全過程包括原料收集和預(yù)處理、酶解糖化、發(fā)酵及產(chǎn)物分離。為使纖維乙醇與傳統(tǒng)燃料形成相競爭的價(jià)格，需要對燃料乙醇整個(gè)生產(chǎn)過程進(jìn)行優(yōu)化以降低成本。其中，糖化發(fā)酵工藝因直接關(guān)系到后續(xù)乙醇產(chǎn)率，受到研究學(xué)者的廣泛關(guān)注和研究。目前，已有多種工藝先后被提出和應(yīng)用在乙醇生產(chǎn)過程中，本文綜述了5 種主要糖化發(fā)酵工藝的優(yōu)缺點(diǎn)，包括直接發(fā)酵技術(shù)、分步糖化發(fā)酵技術(shù)（Separate enzymatic hydrolysis and fermentation，SHF）、同步 糖 化 發(fā) 酵技 術(shù)（Simultaneous saccharification and fermentation，SSF）、 同 步 糖 化 共 發(fā) 酵 技 術(shù)（Simultaneous saccharification and Co-fermentation，SSCF）和聯(lián)合生物加工技術(shù)（Consolidated bioprocessing，CBP），以及其目前的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，嘗試為木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)高效轉(zhuǎn)化燃料乙醇產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供新的思路。

1 直接發(fā)酵技術(shù)

生物質(zhì)直接發(fā)酵技術(shù)，主要基于纖維分解細(xì)菌來發(fā)酵纖維素。據(jù)浙江博聯(lián)營養(yǎng)工程科學(xué)研究所［2］報(bào)道，其研究者們分離得到了一種可以直接轉(zhuǎn)化纖維素為乙醇的高純富集物。該富集物能降解稻草、麥稈等生物質(zhì)產(chǎn)生乙醇，但是其降解天然纖維素原料產(chǎn)乙醇的能力相對較弱（不到30%）。直接發(fā)酵技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于工藝簡單，成本低，但是乙醇產(chǎn)率不高，還會產(chǎn)生其他副產(chǎn)物，如有機(jī)酸等。針對這一問題，Saddler 等［3］利用熱纖梭菌（Clostridium thermocellum） 和 熱 硫 化 氫 梭 菌（Clostridium thermohydrosulphuricurn）對預(yù)處理后底物進(jìn)行混合菌發(fā)酵，乙醇的產(chǎn)量可以達(dá)到70%，同時(shí)副產(chǎn)物有機(jī)酸也大幅度減少。熱纖梭菌可以分解纖維素，若單獨(dú)用來發(fā)酵纖維素，則乙醇的產(chǎn)率較低，大約為50%，混合菌發(fā)酵大大提高了產(chǎn)物乙醇的濃度。直接發(fā)酵技術(shù)的關(guān)鍵在于高效發(fā)酵微生物的篩選。

2 分步糖化發(fā)酵技術(shù)（SHF）

SHF 法也叫水解發(fā)酵二段法，其為傳統(tǒng)的纖維乙醇生產(chǎn)方法。SHF 過程中纖維底物先經(jīng)過纖維素酶的糖化，降解為可發(fā)酵單糖，然后再經(jīng)酵母發(fā)酵將單糖轉(zhuǎn)化為乙醇。SHF 法主要優(yōu)點(diǎn)是酶水解和發(fā)酵過程分別可以在各自的最適條件下進(jìn)行，纖維素酶水解最適溫度一般在45-50℃，而大多發(fā)酵微生物的最適生長溫度在30-37℃。SHF 法主要缺點(diǎn)是水解主要產(chǎn)物葡萄糖和纖維二糖會反饋抑制纖維素酶對底物的降解過程。即葡萄糖和纖維二糖的積累會對纖維素酶的活力產(chǎn)生抑制作用，最終導(dǎo)致酶解發(fā)酵效率降低。有文獻(xiàn)研究報(bào)道，當(dāng)纖維二糖濃度達(dá)到6 g/L 時(shí)，纖維素酶的活力會下降60%。產(chǎn)物葡萄糖主要是對β-葡糖苷酶會產(chǎn)生較大的抑制作用。此外，因酶解過程溫度較高，發(fā)酵過程需要對發(fā)酵罐進(jìn)行冷卻，因此設(shè)備比較復(fù)雜，投資較大。為了克服水解產(chǎn)物的抑制，必須不斷將其從發(fā)酵罐中移出。因SHF 法的優(yōu)點(diǎn)比較突出，因此其應(yīng)用也比較廣泛，有研究用分批補(bǔ)料SHF 法水解生物質(zhì)，得到了近70 g/L 的乙醇，主要是由于酶解過程得到了很高的糖濃度，酵母細(xì)胞也在其最優(yōu)的生長條件下進(jìn)行發(fā)酵過程［4］。

3 同步糖化發(fā)酵技術(shù)（SSF）

為了克服SHF 工藝的缺點(diǎn)，Gauss 等［5］研究人員早在1976 年就提出了同時(shí)糖化和發(fā)酵技術(shù)，即在同一容器中同時(shí)進(jìn)行酶解和發(fā)酵過程。即纖維素酶解糖化過程、乙醇轉(zhuǎn)化過程二者同時(shí)進(jìn)行，此方法可以使酶水解得到的葡萄糖立即被發(fā)酵微生物利用轉(zhuǎn)化為乙醇，有效降低了酶解過程中葡萄糖對纖維素酶的產(chǎn)物抑制作用，減少了纖維素酶的用量，并且縮短了反應(yīng)周期，同時(shí)反應(yīng)器數(shù)量的減少，降低了投資成本。由于酶解產(chǎn)生的葡萄糖被釀酒酵母及時(shí)代謝轉(zhuǎn)化為乙醇，反應(yīng)體系中葡萄糖濃度維持在較低水平，產(chǎn)物乙醇的存在使發(fā)酵過程處于厭氧環(huán)境，染菌機(jī)率大大減小。因此，提高了乙醇產(chǎn)率。SSF 技術(shù)路線，如圖1 所示。

SSF 工藝主要的缺點(diǎn)是酶解糖化與發(fā)酵的溫度不協(xié)調(diào)，不能同時(shí)滿足二者反應(yīng)的最佳溫度條件，使糖化和發(fā)酵兩步反應(yīng)分別不能在微生物的最佳狀態(tài)下進(jìn)行。為了克服SSF 技術(shù)溫度不一致的缺點(diǎn)，研究者們通過改變工藝來強(qiáng)化酶解發(fā)酵過程。主要的改進(jìn)工藝有預(yù)酶解同步糖化發(fā)酵技術(shù)（Delayed simultaneous saccharification and fermentation，DSSF）、循環(huán)溫度同步糖化發(fā)酵（Cycling temperature simultaneous saccharification and fermentation，CTSSF）、變溫同步糖化發(fā)酵（Temperature-shift simultaneous saccharification and fermentation，TS-SSF）以及同步水解分離發(fā)酵（Simultaneous saccharification，filtration and fermentation，SSFF）等，因?yàn)橐酝腟SF 技術(shù)采用的是等溫方式，所以這些改進(jìn)使得纖維素酶的水解效果明顯增強(qiáng)。預(yù)酶解同步糖化發(fā)酵，即將纖維原料在高溫條件下先酶解一段時(shí)間后，再降溫進(jìn)行SSF，其結(jié)合了SHF 法的優(yōu)點(diǎn)使纖維素酶先在其最佳溫度條件下降解底物，在反應(yīng)初期起到降低體系黏度的作用。常春等［6］以蒸汽爆破的玉米秸稈為主要原料，研究了不同SSF技術(shù)對乙醇得率的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，采用預(yù)酶解的SSF 技術(shù)，其乙醇的產(chǎn)量是54.31%，較傳統(tǒng)的SSF技術(shù)，乙醇產(chǎn)量提高了5.96%，乙醇濃度也從2.76 g/L提高至3.10 g/L。

CTSSF 法由Chen（陳赫茲）等［7］提出，其先將木質(zhì)纖維素底物在42℃下酶水解15 min，然后將系統(tǒng)溫度調(diào)節(jié)至37℃，目的是進(jìn)行同步糖化發(fā)酵過程，反應(yīng)時(shí)間為10 h，將此過程進(jìn)行重復(fù)，接下來發(fā)酵72 h，與相應(yīng)的37℃等溫SSF 技術(shù)相比，乙醇產(chǎn)量提高了50%左右。Kang（康玄宇）等［8］采用TS-SSF 技術(shù)，使用耐高溫的克魯維酵母 CHY1612，在溫度為45℃、底物濃度為16%（W/V）時(shí)，對原料進(jìn)行同步糖化發(fā)酵24 h，然后再將溫度降低至35℃，繼續(xù)同步糖化發(fā)酵48 h，反應(yīng)結(jié)束后乙醇濃度達(dá)到40.2 g/L，與溫度為45℃時(shí)的等溫SSF 過程比較，乙醇產(chǎn)量提高了約54.5%。Ishola 等［9］提出了一種SSFF 技術(shù)，即在溫度為50℃條件下，原料在水解罐中糖化24 h，然后經(jīng)過錯流方式經(jīng)過膜過濾將固液分離，含糖的水解液流到發(fā)酵罐中，在30℃進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵后醪液再用泵使其回到水解罐中，其中的酶和酵母可進(jìn)行循環(huán)利用。

以上技術(shù)雖對SSF 過程進(jìn)行了改善，但都存在成本問題，其中DSSF 技術(shù)結(jié)合了SHF 和SSF 二者的優(yōu)點(diǎn)，相對其他技術(shù)，操作方便，成本低，是高效SSF 法發(fā)展的方向。CTSSF 與TS-SSF 技術(shù)利用溫度變化可以在一定程度上解決水解和發(fā)酵最適溫度之間的差異，然而溫度變化也會導(dǎo)致水解酶和發(fā)酵酵母失活，但是為了最大限度提高乙醇的產(chǎn)量，采用CTSSF 和TS-SSF 技術(shù)也是可取的。SSFF 技術(shù)最大的特點(diǎn)就是可以實(shí)現(xiàn)發(fā)酵微生物的循環(huán)利用，一定程度上可節(jié)約成本，但是又存在過濾膜的成本問題。

圖1 同步糖化發(fā)酵過程示意圖

4 同步糖化共發(fā)酵技術(shù)（SSCF）

為了充分利用底物、提高乙醇產(chǎn)率，己糖與戊糖共發(fā)酵工藝（SSCF）技術(shù)正得到越來越多的關(guān)注和研究。木質(zhì)纖維原料降解過程半纖維素產(chǎn)生的戊糖和纖維素產(chǎn)生的六碳糖在同一反應(yīng)體系中進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)乙醇，此過程需要能夠代謝戊碳糖的發(fā)酵菌株［10］。SSCF 工藝減少了水解過程的產(chǎn)物反饋抑制作用，而且該技術(shù)融入了戊糖的發(fā)酵過程，提高了底物利用率和乙醇產(chǎn)率。目前，工業(yè)乙醇生產(chǎn)所用的釀酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）只能代謝葡萄糖而不能代謝木糖，Olofsson 等［11］通過基因工程手段在釀酒酵母中插入木糖還原酶（XR）和木糖醇脫氫酶（XDH）或者插入能夠編碼木糖異構(gòu)酶（XI）的基因，實(shí)現(xiàn)了木糖的代謝過程。Olofsson等［12］利用麥草水解液進(jìn)行SSCF 過程，發(fā)現(xiàn)溫度對SSCF 過程有重要的影響，當(dāng)溫度為32℃時(shí)發(fā)酵菌株TMB3400 能代謝利用的木糖量要比在37℃條件下的多，原因是當(dāng)?shù)蜏貢r(shí)，葡萄糖的釋放速率會減緩，更有利于木糖的降解。

此外，為了使系統(tǒng)的葡萄糖的濃度保持在較低的水平，可以采用分批補(bǔ)料的方式，通過增加菌種的接種量，可促進(jìn)其對木糖的發(fā)酵以及提高乙醇產(chǎn)量。Erdei 等［13］研究了麥稈同步糖化共發(fā)酵產(chǎn)乙醇時(shí)的分批補(bǔ)料過程，與一次加料相比，補(bǔ)料過程乙醇產(chǎn)量平均升高了13%左右。

戊糖、己糖共發(fā)酵關(guān)鍵技術(shù)還是在發(fā)酵菌株的篩選，目前通過基因工程構(gòu)建高效共發(fā)酵的工程菌被大量研究，也取得了積極的進(jìn)展，但其大規(guī)模、商業(yè)化應(yīng)用的研究報(bào)道還比較少。對于滿足SSCF工業(yè)化生產(chǎn)要求的木糖乙醇發(fā)酵菌株目前報(bào)道較少，TMB3400 是迄今唯一一株已報(bào)道的工業(yè)化發(fā)酵戊糖的釀酒酵母。

5 聯(lián)合生物加工技術(shù)（CBP 法）

木質(zhì)纖維素類原料生物轉(zhuǎn)化過程主要障礙是纖維素酶的生產(chǎn)效率低、成本較高［14］。木質(zhì)纖維原料降解為單糖葡萄糖的過程需要外切葡聚糖酶、內(nèi)切葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶等多種酶的協(xié)同作用［15］。當(dāng)前，實(shí)驗(yàn)室使用的纖維素酶主要的缺點(diǎn)是酶活力不高、單位纖維素轉(zhuǎn)化所需的酶量過高，導(dǎo)致酶解效率較低。因此，需要持續(xù)改進(jìn)提高菌株產(chǎn)酶和酶活力技術(shù)。由于商業(yè)用纖維素酶的價(jià)格比較高，纖維素酶的成本占纖維乙醇生產(chǎn)的主要部分。為了減少發(fā)酵過程中的生產(chǎn)成本，聯(lián)合生物加工工藝（Consolidated bioprocessing，CBP）應(yīng)運(yùn)而生。

CBP 工藝是在單一或組合微生物群體作用下，將纖維素酶和半纖維素酶的生產(chǎn)、纖維素酶水解糖化、戊糖和己糖發(fā)酵產(chǎn)乙醇過程整合于單一系統(tǒng)的生物加工過程［16］。該工藝流程簡單，操作方便，在微生物高效代謝作用下將底物一步法轉(zhuǎn)化為乙醇，有利于降低整個(gè)生物轉(zhuǎn)化過程的成本。

采用聯(lián)合生物加工技術(shù)轉(zhuǎn)化纖維底物生產(chǎn)乙醇，目前發(fā)展有兩條途徑：一是直接發(fā)酵技術(shù)，即在生產(chǎn)乙醇的過程中，使用雙功能的既能產(chǎn)纖維素酶也能發(fā)酵葡萄糖產(chǎn)乙醇的單一菌株（如熱纖梭菌），利用其末端產(chǎn)物乙醇代謝途徑的改進(jìn)以使菌株全功能改進(jìn)提高終產(chǎn)物乙醇得率；二是利用基因工程技術(shù)，在能夠發(fā)酵乙醇的真菌表達(dá)系統(tǒng)或細(xì)菌表達(dá)系統(tǒng)中，向里面導(dǎo)入異源纖維素酶系統(tǒng)，目的是為了讓其能夠在預(yù)處理后的纖維底物上生長和發(fā)酵。目前，發(fā)展適合CBP 的微生物酶系統(tǒng)主要有3 個(gè)策略，即天然策略、重組策略和共培養(yǎng)策略。

5.1 天然策略

天然策略是指將一些厭氧微生物改造，目的是為了能讓其適應(yīng)CBP 生產(chǎn)的要求。在自然界中存在一些微生物，能直接將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為乙醇，如念珠菌、梭狀芽孢桿菌、尖孢鐮刀菌、鏈孢霉菌等。其原理是這些菌株既能在有氧環(huán)境下工作，也能在無氧環(huán)境中生存，即有氧條件下的主要活動是產(chǎn)生纖維素酶，來降解纖維素進(jìn)而生產(chǎn)可溶性糖，而在厭氧條件下進(jìn)行的是代謝生產(chǎn)活動。目前，一些具有耐高溫性質(zhì)和有著更強(qiáng)的產(chǎn)酶和產(chǎn)乙醇能力的真菌和嗜熱微生物，成為近年來研究熱點(diǎn)。表1 總結(jié)了不同微生物降解纖維底物的情況［17-23］。

熱纖梭菌是研究最多的嚴(yán)格厭氧嗜熱菌，主要機(jī)理是通過胞外纖維素酶復(fù)合體快速水解纖維素，野生型菌株乙醇產(chǎn)率可達(dá)理論值的10%-30%［24］。當(dāng)前，通過熱纖梭菌生產(chǎn)乙醇存在的主要問題在于［25］：乙醇的產(chǎn)率較低、產(chǎn)物乙醇對微生物有很大的毒性等。尖孢鐮刀菌是一種分布非常廣泛的絲狀真菌，研究發(fā)現(xiàn)尖孢鐮刀菌具有完整的纖維素酶和半纖維素酶系統(tǒng)，可以代謝己糖和戊糖來生產(chǎn)乙醇。但是目前對尖孢鐮刀菌的研究集中在防止植物枯萎病方面，對其所產(chǎn)纖維素酶方面報(bào)道較少。里氏木霉為一種好氧的絲狀真菌，其具備完整的降解纖維素的酶系。里氏木霉所分泌的胞外纖維素酶是一種由內(nèi)切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶組成的復(fù)合纖維素酶，其具有酶活力高、穩(wěn)定性好、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是目前應(yīng)用最為廣泛的纖維素酶［26］。

另外，使用具備雙功能的單一菌種，即既能夠產(chǎn)纖維素酶又能夠發(fā)酵乙醇，目前主要研究方向在高活性產(chǎn)酶菌株的篩選及發(fā)酵工藝條件的優(yōu)化，高活力單一菌株的獲取是利用CBP 技術(shù)轉(zhuǎn)化生物質(zhì)原料的關(guān)鍵。

表1 用于木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)生產(chǎn)乙醇的微生物

5.2 基因重組策略

重組策略是通過基因重組的方法表達(dá)一系列的外切葡聚糖酶和內(nèi)切葡聚糖酶等纖維素酶基因，使微生物能以纖維素為碳源，將來源于纖維素的糖類大部分或完全發(fā)酵生產(chǎn)乙醇，其目的是為了快速改良細(xì)胞的表型，改良后的細(xì)胞，有3 大優(yōu)勢：一是能增強(qiáng)微生物合成活性產(chǎn)物的能力；二是能激活沉默基因的表達(dá)，進(jìn)而產(chǎn)生新的化合物；三是能增強(qiáng)微生物對底物的利用率以及耐受性［27］。目前，用于表達(dá)外源纖維素酶和半纖維素酶基因產(chǎn)乙醇的微生物主要包括大腸桿菌、畢赤酵母、釀酒酵母等［28-29］。近年，重組策略方面的研究取得一定的成果。據(jù)報(bào)道，不同菌種編碼的糖苷水解酶、木聚糖降解酶和阿拉伯糖降解酶的基因已經(jīng)被導(dǎo)入釀酒酵母，目的是使其能利用纖維素、半纖維素、纖維二糖、木聚糖和阿拉伯糖等碳源，并產(chǎn)生乙醇。

在木質(zhì)纖維素生物質(zhì)水解時(shí)，會產(chǎn)生副產(chǎn)物如羥甲基糠醛等，這些副產(chǎn)物會抑制發(fā)酵菌株釀酒酵母的生長和代謝。Cheng 等［30］通過基因組重排技術(shù)，增強(qiáng)了釀酒酵母菌株對木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)水解過程副產(chǎn)物5-羥甲基糠醛（5-hydroxymethyl-furfural，HMF）的耐受性，從而使菌株的發(fā)酵水平顯著提高。

重組策略所遇到的問題有：外源基因共表達(dá)會對細(xì)胞產(chǎn)生毒害、外源基因很難在宿主菌種做到精確與高效的表達(dá)及一些分泌蛋白不能正確折疊［31］等。

5.3 共培養(yǎng)策略

纖維素糖化液含有多種糖分，如半乳糖、阿拉伯糖、麥芽糖、乳糖、木糖及葡萄糖等，使用單一的微生物很難使其完全被代謝利用，而利用共培養(yǎng)法能提高底物的利用效率。所謂共培養(yǎng)策略有兩層含義：一是指發(fā)酵液中存在的不同類型的微生物，利用不同類型的糖類底物，如將僅能利用己糖的熱纖維梭菌與能利用戊糖的微生物進(jìn)行共培養(yǎng)，可避免不同生物間的碳源競爭，實(shí)現(xiàn)乙醇產(chǎn)量最大化；二是指存在不同特性的微生物相互協(xié)作，加強(qiáng)發(fā)酵效果。

Miyazaki 等［32］將纖維素分解菌與溶血厭氧菌共發(fā)酵，既能協(xié)同作用，又能從容器中去除氧氣，為強(qiáng)化CBP 生物處理過程提供了一種新的氧缺失過程模型。Shrestha 等［33］用白腐菌黃孢菌用白腐菌黃孢菌及釀酒酵母進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵，在37℃下混合菌降解纖維原料3 d，結(jié)果顯示釀酒酵母與黃孢酵母共培養(yǎng)可以使每100 g 底物的乙醇產(chǎn)量提高3 g。

建立共培養(yǎng)體系需要考慮諸多條件，如培養(yǎng)基，生長條件，以及菌株間的代謝互作關(guān)系等，因而共培養(yǎng)體系過程的建立極為復(fù)雜，主要問題在于如何協(xié)調(diào)建立經(jīng)濟(jì)高效、完備功能和過程調(diào)控的穩(wěn)定共培養(yǎng)系統(tǒng)。

5.4 CBP技術(shù)展望

在使用木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)生產(chǎn)燃料乙醇的過程中，通過基因工程將異源纖維素酶系統(tǒng)導(dǎo)入到一些生長較快研究較為成熟的真菌表達(dá)系統(tǒng)或細(xì)菌表達(dá)系統(tǒng)中，是當(dāng)前CBP 法生產(chǎn)燃料乙醇的主要研究方向。該方法生產(chǎn)燃料乙醇，可以有效節(jié)省生產(chǎn)時(shí)間，節(jié)約生產(chǎn)原料，符合未來生物質(zhì)能源發(fā)展的趨勢。近年來，研究者們積極開發(fā)出基因改良的各種發(fā)酵菌種，使得預(yù)處理后的生物質(zhì)可以得到高效的轉(zhuǎn)化率。在今后的發(fā)展中，研究者們將進(jìn)一步完善基因技術(shù)對發(fā)酵菌種的改良，使得此項(xiàng)技術(shù)能在工業(yè)生產(chǎn)中大規(guī)模使用。因此，基因技術(shù)在木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)生產(chǎn)燃料乙醇的使用中有著廣闊的前景。

6 總結(jié)與展望

近年來，木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)生產(chǎn)燃料乙醇的發(fā)酵工藝取得了重大進(jìn)展，其中SSF 工藝相對其他發(fā)酵技術(shù)有著明顯的優(yōu)勢，主要表現(xiàn)在節(jié)約設(shè)備投資、節(jié)省反應(yīng)時(shí)間、降低纖維素酶的用量以及提高乙醇生產(chǎn)效率等方面。將SSF 技術(shù)應(yīng)用到高濃度底物酶解體系是獲得高濃度乙醇緩解高糖抑制的有效措施。而隨著分子生物學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，通過基因工程對發(fā)酵菌株性能進(jìn)行改良的CBP 技術(shù)的研究已成為研究熱點(diǎn)。在生物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程中，使用能產(chǎn)纖維素酶且能發(fā)酵產(chǎn)乙醇的雙功能單一菌株，可以有效提高發(fā)酵菌株的底物代謝能力，獲得高的乙醇產(chǎn)量，并且縮短了反應(yīng)時(shí)間，該技術(shù)的不斷革新是未來生物質(zhì)能源發(fā)展的趨勢。近年來，研究者們積極開發(fā)出經(jīng)基因改良的各種發(fā)酵菌種，有效提高了生物質(zhì)的轉(zhuǎn)化效率。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，高效轉(zhuǎn)化菌株的開發(fā)將使該方法有望在工業(yè)生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的應(yīng)用，其發(fā)展前景十分廣闊。