汪江波，孔 博，蔡林洋，王 浩，張瑞景，蔡鳳嬌，徐 健

（湖北工業(yè)大學(xué) 生物工程與食品學(xué)院 工業(yè)發(fā)酵湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心 發(fā)酵工程教育部重點實驗室，湖北 武漢 430068）

由于全球能源危機和化石燃料供應(yīng)有限，可再生能源受到越來越多的關(guān)注。生物燃料作為當(dāng)前研究最熱且最廣泛的新能源之一，是以生物質(zhì)作為載體，產(chǎn)生固、液、氣等綠色可持續(xù)發(fā)展的能源[1]。目前應(yīng)用最多的生物燃料是生物柴油和生物乙醇，生物丁醇與乙醇相比具有腐蝕性低、蒸汽壓力低、可以與汽油以任意比例混合等優(yōu)點[2]，因此受到了廣泛的關(guān)注。工業(yè)上生產(chǎn)丁醇主要采用化學(xué)合成和生物發(fā)酵兩種方法，化學(xué)合成法主要包括羰基合成法和醇醛縮合法，但是這些方法反應(yīng)條件復(fù)雜，對技術(shù)和設(shè)備要求較高。生物發(fā)酵法是以淀粉和糖質(zhì)等為原料，利用丁醇梭菌生產(chǎn)丁醇，與化學(xué)合成法相比具有眾多優(yōu)勢，包括投資小、技術(shù)設(shè)備要求低、發(fā)酵條件溫和等[3]。發(fā)酵法因其產(chǎn)物為丙酮（acetone）、丁醇（butanol）和乙醇（ethanol），所以又稱之為ABE發(fā)酵。ABE發(fā)酵分為產(chǎn)酸和產(chǎn)溶劑兩個階段：發(fā)酵初期，菌體迅速繁殖，并產(chǎn)生大量有機酸（乙酸、丁酸），使發(fā)酵液酸度迅速升高，同時伴隨生產(chǎn)CO2和H2兩種氣體；當(dāng)菌體繁殖到平穩(wěn)期，酸度達(dá)到一定值后（pH達(dá)到4.3～4.5），進(jìn)入產(chǎn)溶劑期，此時有機酸被菌體還原，酸度開始降低，同時產(chǎn)生溶劑（丙酮、丁醇、乙醇）[4]。目前，發(fā)酵法生產(chǎn)丁醇面臨的三個主要問題是（1）菌株對氧的耐受性低。用于ABE發(fā)酵生產(chǎn)丁醇的菌株大多是厭氧菌，在發(fā)酵時要提供一個嚴(yán)格厭氧的環(huán)境，大大增加了試驗和操作成本，因此提高丁醇生產(chǎn)菌株的耐氧能力是降低丁醇生產(chǎn)成本的關(guān)鍵措施之一；（2）生產(chǎn)原料成本高。研究表明，丁醇發(fā)酵過程中原料成本占總成本的70%～80%[5]，廉價且易于利用的原料是丁醇發(fā)酵所需的；（3）丁醇的轉(zhuǎn)化率和濃度低。目前，從自然界中篩選得到的丁醇生產(chǎn)菌通過ABE發(fā)酵生產(chǎn)丁醇的產(chǎn)量一般不超過20 g/L，轉(zhuǎn)化率低于0.3 g/g[6]。造成這種現(xiàn)象的原因是發(fā)酵生成的溶劑（尤其是丁醇）對丁醇生產(chǎn)菌有致命的毒害作用，造成丁醇轉(zhuǎn)化率和濃度較低，因此微生物對丁醇耐受性低是阻礙發(fā)酵法生產(chǎn)丁醇的最大瓶頸之一。本文從丁醇生產(chǎn)菌對氧的耐受性、發(fā)酵原料的選擇、丁醇生產(chǎn)菌對溶劑的耐受性差導(dǎo)致的丁醇轉(zhuǎn)化率和濃度低以及丁醇的原位提取等方面綜述了生物丁醇生產(chǎn)的研究現(xiàn)狀，討論了ABE發(fā)酵存在的問題并提出改進(jìn)策略，以期為丁醇生產(chǎn)菌株的定向改造及發(fā)酵過程控制優(yōu)化提供借鑒。ABE發(fā)酵代謝途徑如下：

①丙酮酸：鐵氧還蛋白氧化還原酶；②硫解酶；③β-羥丁酰CoA脫氫酶；④丁烯酰CoA水解酶；⑤丁酰CoA脫氫酶；⑥CoA轉(zhuǎn)移酶；⑦乙酸激酶；⑧輔酶A轉(zhuǎn)移酶。

1 丁醇生產(chǎn)菌對氧的耐受性

用于ABE發(fā)酵的梭菌大多屬于專性厭氧菌，氧對于這些細(xì)菌是有害甚至是致命的，當(dāng)有氧氣存在時，細(xì)胞內(nèi)容易產(chǎn)生性質(zhì)不穩(wěn)定的會破壞各種具有生物活性的大分子，對細(xì)胞造成致命的傷害[7]。最新研究表明，在產(chǎn)丁醇梭菌中存在一類調(diào)控蛋白稱為過氧化物還原機制調(diào)節(jié)抑制因子（peroxide repressor，PerR），在有氧環(huán)境下，它們可以抑制厭氧梭菌啟動自身的氧化應(yīng)激防御系統(tǒng)來清除氧和活性氧，導(dǎo)致它們無法在有氧環(huán)境下生存[8]。利用關(guān)鍵基因過表達(dá)或基因敲除技術(shù)對產(chǎn)丁醇梭菌進(jìn)行遺傳改造，可以提高菌株的耐氧能力以及丁醇產(chǎn)量。裴建新等[9]研究應(yīng)用Ⅱ組內(nèi)含子敲除技術(shù)敲除丙酮丁醇梭菌perR（超氧化物阻遏蛋白）基因，對突變菌株進(jìn)行搖瓶發(fā)酵試驗，突變菌株提高了對分子氧的耐受能力，降低厭氧環(huán)境要求，在生產(chǎn)發(fā)酵過程中可降低成本。肖川[8]利用二型內(nèi)含子插入法成功敲除拜氏梭菌產(chǎn)溶劑退化菌株Clostridium beijerinckiDS中參與過氧化物還原機制調(diào)節(jié)的PerR抑制子基因Cbei_1336，獲得一株耐氧的兼性厭氧突變株，該突變株不但可以在有氧環(huán)境中生長良好，與出發(fā)菌株相比，丙酮和丁醇質(zhì)量濃度分別提高至4.7 g/L和10.01 g/L。

2 生物丁醇發(fā)酵原料

2.1 淀粉質(zhì)原料

富含淀粉的物質(zhì)是生產(chǎn)生物燃料的第一代原料，如玉米、木薯等（表1）。將這些原料經(jīng)預(yù)處理得到富含還原糖的水解液，然后經(jīng)ABE發(fā)酵、發(fā)酵液精餾后得到正丁醇[10]。宋鋼等[11]利用木薯粉發(fā)酵生產(chǎn)丁醇，結(jié)果表明最佳培養(yǎng)基為木薯粉120 g/L，乙酸銨6 g/L，此時5 L發(fā)酵罐中丁醇產(chǎn)量達(dá)到13.5 g/L，總?cè)軇┻_(dá)到22.8 g/L。雖然富含淀粉的物質(zhì)是丁醇發(fā)酵的良好底物，但生物燃料生產(chǎn)對這些底物需求的增加也提高了這些原料的價格，因此需要尋找廉價且適宜的原料用于丁醇的生產(chǎn)。

表1 不同菌株和底物的丁醇發(fā)酵情況Table1 Butanol fermentation of different strains and substrates

2.2 木質(zhì)纖維素

木質(zhì)纖維素是生產(chǎn)生物燃料的第二代原料，是典型的高效發(fā)酵基質(zhì)的良好替代品。但是，從這些木質(zhì)纖維素材料中獲得可發(fā)酵性糖是非常困難的，木質(zhì)纖維素在用作發(fā)酵底物之前，需要經(jīng)過物理、化學(xué)或生物預(yù)處理，同時會產(chǎn)生弱酸類、呋喃類和酚類化合物等對微生物有毒害作用的副產(chǎn)物[12]。MAGALHAES B L等[13]從甘蔗秸稈水解液中篩選出產(chǎn)丁醇的梭狀芽孢桿菌，通過優(yōu)化培養(yǎng)基提高了該菌對木質(zhì)纖維素水解物的耐受性，避免在水解物中過早的停止發(fā)酵，并使菌株能在79%的純木質(zhì)纖維素水解物中培養(yǎng)，最終總?cè)軇┊a(chǎn)量達(dá)到10.22 g/L。目前阻礙大規(guī)模利用木質(zhì)纖維素作為生物丁醇發(fā)酵基質(zhì)的直接因素是預(yù)處理過程成本過高，因此迫切需要開發(fā)從木質(zhì)纖維素生物質(zhì)中獲得可發(fā)酵糖的有效技術(shù)，以獲得比玉米等易水解原料更低的成本優(yōu)勢。

2.3 微藻和甘油

微藻是生產(chǎn)生物燃料的第三代原料，利用微藻生產(chǎn)生物丁醇，具有廣闊的前景[13]。微藻含有的碳水化合物主要是以淀粉的形式存在的，經(jīng)過簡單的酸處理或者堿處理就可以獲得大量的還原糖。微藻中含有較少半纖維素和木質(zhì)素，這可以降低預(yù)處理成本。纖維素原料預(yù)處理時，會釋放出一系列的有害物質(zhì)，干擾發(fā)酵過程，而微藻生物質(zhì)酸水解產(chǎn)物只含有微量的糠醛和5-羥甲基糠醛（0.5 g/L）。研究表明，丁醇發(fā)酵的菌株可以耐受1 g/L糠醛和2 g/L 5-羥甲基糠醛，因此微藻水解液不會對丁醇發(fā)酵產(chǎn)生影響，是發(fā)酵生產(chǎn)丁醇的理想原料[14]。微藻預(yù)處理技術(shù)主要有四種，包括熱處理、機械處理、化學(xué)和生物（酶法）方法。WANG Y等[15]以小球藻（Chlorella vulgaris）JSC-6作為原料，利用C.acetobutylicumATCC824生產(chǎn)丁醇，先經(jīng)過1%NaOH處理再經(jīng)過3%硫酸處理得到小球藻的水解液，經(jīng)分批培養(yǎng)后得到13.1 g/L的丁醇。

甘油是一種重要的可再生碳源，在工業(yè)生產(chǎn)中被廣泛用作發(fā)酵的底物。以甘油為唯一碳源進(jìn)行發(fā)酵的第一個溶劑生產(chǎn)菌是巴氏梭菌，甘油通過磷酸化和氧化兩種途徑，部分轉(zhuǎn)化為可用于糖酵解途徑的二羥基丙酮磷酸鹽（dihydroxyacetone phosphate，DHAP）[10]。粗甘油用于生產(chǎn)丁醇的主要問題是雜質(zhì)的抑制作用，在酯交換后，甘油通常含有不同濃度的甲醇（生物柴油甲基化過程的殘留物）、硫酸鹽或氯鹽、游離脂肪酸（free fatty acid，F(xiàn)FA）、脂肪酸甲酯（fatty acid methyl ester，F(xiàn)AME）和肥皂（作為氫氧化物酯交換催化劑和FFA的副產(chǎn)品）。解決這種抑制作用的方式有兩種，第一種是通過粗甘油的純化來消除這種抑制作用，但是會增加成本；另一種方式是獲得對粗甘油有適應(yīng)能力的菌株，但是該菌株只適應(yīng)于一種特定類型的粗甘油，對于含有其他雜質(zhì)的粗甘油也可能有毒性。因此，可以選擇固定化微生物及其凝膠基質(zhì)的保護(hù)，消除粗甘油的毒性作用[16]。VLADIMIR K等[17]研究以甘油為原料，利用巴氏梭菌生產(chǎn)丁醇，采用固定化細(xì)胞重復(fù)分批發(fā)酵并與自由細(xì)胞發(fā)酵對比，結(jié)果表明采用聚乙烯醇（polyvinyl alcohol，PVA）顆粒固定化細(xì)胞發(fā)酵明顯縮短了發(fā)酵時間，丁醇產(chǎn)率提高了6.3倍。

3.4 食品廢棄物

目前，從食品廢棄物中生產(chǎn)丁醇受到了廣泛的關(guān)注。與昂貴的淀粉質(zhì)原料相比，利用食品廢棄物生產(chǎn)丁醇，不僅能解決環(huán)境問題，也為丁醇生產(chǎn)提供了廉價的原材料。SIREN L G等[18]以西米果仁渣為原料，經(jīng)酶解后通過丙酮丁醇梭菌進(jìn)行ABE發(fā)酵，研究發(fā)現(xiàn)將西米果仁渣水解物增至50 g/L時，加入0.5 g/L酵母菌抽提物，ABE產(chǎn)量為8.84 g/L。王永林等[19]利用糖乙酸丁酸梭菌N1-4，將餐廚垃圾直接發(fā)酵生產(chǎn)丁醇，在固液比1∶1（g∶mL）的條件下，餐廚垃圾直接發(fā)酵丁醇產(chǎn)量達(dá)到12.1 g/L，證明了餐廚垃圾發(fā)酵生產(chǎn)丁醇的可行性。QIU Z D等[20]分離出一種可以自主分泌淀粉酶并生產(chǎn)丁醇的梭狀芽孢桿菌（Closridiumsp.）HN4，在食品廢棄物中添加碳酸鈣和吐溫80可以顯著提高菌株的淀粉酶表達(dá)能力，在進(jìn)行分批發(fā)酵和原位提取后丁醇產(chǎn)量達(dá)到35.63 g/L。

3 丁醇轉(zhuǎn)化率和濃度

ABE發(fā)酵生產(chǎn)丙酮、丁醇、乙醇等有機溶劑，其中丁醇對細(xì)胞傷害最大，由于丁醇生產(chǎn)菌對丁醇的耐受性差導(dǎo)致丁醇轉(zhuǎn)化率和濃度低。有機溶劑對大多數(shù)微生物都具有毒害作用，它們會在細(xì)胞膜中積累并破壞其結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)的離子和代謝物丟失，pH和膜電位發(fā)生改變，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡[30]。但在一些情況下，微生物也可以通過自身的抗性機制在有機溶劑中存活，例如細(xì)菌可以通過細(xì)胞膜修飾來降低溶劑的滲透性；溶劑進(jìn)入細(xì)胞會引發(fā)應(yīng)激反應(yīng)，其中涉及許多分子伴侶，一些微生物還可以通過降解化合物產(chǎn)生能量來對抗溶劑的毒性，外排泵也對細(xì)胞中去除有機溶劑起關(guān)鍵作用[31]。丁醇生產(chǎn)菌對丁醇的耐受機制如圖1所示。（1）細(xì)胞膜：在亞致死濃度下（通常為5～15 g/L），丁醇引發(fā)復(fù)雜的應(yīng)激反應(yīng)，包括膜流動性的增加、膜脂中飽和/不飽和脂肪酸比例發(fā)生變化；當(dāng)丁醇質(zhì)量濃度＞15 g/L時會導(dǎo)致膜功能受損，三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）泄露和pH梯度被破壞，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡[32]。因此可以通過改變膜的生理特性或轉(zhuǎn)運系統(tǒng)來抵御丁醇脅迫，例如增加外膜的脂多糖含量使細(xì)胞表面疏水性降低，阻礙有毒疏水化合物進(jìn)入胞質(zhì)等。（2）外排泵：天然的外排系統(tǒng)不能結(jié)合丁醇使之排出胞外，而定位于細(xì)胞質(zhì)膜上的轉(zhuǎn)運蛋白耐藥結(jié)節(jié)細(xì)胞分化（resistance-nodulation-cell division，RND）外排泵能將胞內(nèi)有毒化合物泵出胞外。FISHER M A等[33]的研究結(jié)果表明，改變RND家族的外排泵的AcrB蛋白中的一個氨基酸時，能夠有效地排出丁醇，證明定向進(jìn)化改變外排泵底物特異性，是有效的排出丁醇的一種方法。（3）應(yīng)激蛋白過表達(dá)：丁醇生產(chǎn)菌所產(chǎn)生的應(yīng)激反應(yīng)在許多方面與熱休克所產(chǎn)生的應(yīng)激相似，因此它也可能與各種熱休克蛋白（heat shock proteins，HSPs）的產(chǎn)生有關(guān)，這些熱休克蛋白參與蛋白質(zhì)折疊、運輸、修復(fù)受損或錯誤折疊的蛋白質(zhì)的過程，并且具有分子伴侶的活性。研究發(fā)現(xiàn)GroESL伴侶體系過表達(dá)，丁醇耐受性和產(chǎn)量提高，并可由丙酮丁醇梭菌（C.acetobutylicum）ATCC 824中調(diào)控的6S RNA過表達(dá)觸發(fā)。過表達(dá)HSPs、GrpE和HtpG也可顯著提高C.acetobutylicumATCC 824的丁醇耐受性[32]。（4）其他調(diào)控機制：有研究表明添加微量鋅離子一方面增強菌體對數(shù)生長、碳源利用、有機酸重吸收及溶劑代謝，提高丁醇產(chǎn)率；另一方面增強菌體對甲酸、乙酸、丁酸及丁醇的脅迫耐受性，有效緩解代謝遲滯，丁醇耐受水平得到提高[34]。

圖1 丁醇生產(chǎn)菌對丁醇的主要耐受機制Fig.1 Main tolerance mechanism of butanol-producing strain to butanol

目前提高菌株對于丁醇的耐受性主要有三種方式：（1）物理或化學(xué)誘變；（2）基因改造；（3）人工馴化。LI H G等[35]通過分離和連續(xù)富集的方法獲得一株耐丁醇突變株SE36，與野生菌株相比突變株對丁醇的耐受能力從20 g/L提高到35 g/L，經(jīng)發(fā)酵后的丁醇和總?cè)軇┊a(chǎn)量分別比野生菌提高了24.3%和23.6%。SHU B L等[36]為獲得耐溶劑性和產(chǎn)丁醇能力較強的菌株，采用亞硝基胍誘導(dǎo)與基因組重排相結(jié)合的誘變方法，在連續(xù)四輪基因組重組之后，重組菌株C.acetobutylicumGS4-3表現(xiàn)出較強發(fā)酵性能，優(yōu)化后丁醇產(chǎn)量為20.1 g/L，丁醇產(chǎn)率為0.35 g/（L·h），分別比野生型菌株GX01增加了23.3%和40.0%。

4 丁醇分離提取技術(shù)

4.1 吸附

吸附是通過將丁醇吸附到合適的表面吸附劑上，然后增加溫度或使用置換劑濃縮丁醇溶液，從而選擇性地從發(fā)酵液中分離丁醇的方法。在選擇合適的吸附劑時，需要考慮許多因素：吸附速率、吸附容量、易降解性，對所需產(chǎn)品的選擇性和成本等[37-38]，目前常用的吸附材料主要有活性炭、聚合樹脂、聚乙烯吡咯烷酮（polyvinyl pyrrolidone，PVP）等。XUE C等[39]研究了各種吸附劑對丁醇的吸附性能，發(fā)現(xiàn)活性炭對于丁醇的吸附效果最佳，通過活性炭原位吸附和補料分批發(fā)酵得54.6 g/L丁醇，與沒加吸附劑的對比，產(chǎn)量增加了230%。吸附法能耗低、操作簡單，但對丁醇吸附容量較低，仍需要進(jìn)一步通過其他方法濃縮丁醇。

4.2 液液萃取

液液萃取法（liquid-liquid extraction，LLE）是通過選擇對微生物毒性較低的水不溶性萃取劑，并與發(fā)酵液混合，選擇性的提取丁醇的方法。在選擇萃取劑時要考慮三個因素：萃取劑對每個產(chǎn)品（尤其是丁醇）的分配系數(shù)、選擇性和毒性[40]。研究發(fā)現(xiàn)，越是對丁醇有較高的分配系數(shù)的液體萃取劑對細(xì)胞的毒性就越大。因此，影響液液萃取法對丁醇進(jìn)行萃取分離的一個關(guān)鍵因素是萃取劑的毒性。潘賀鵬等[41]研究利用小麥淀粉廢水生產(chǎn)生物丁醇，通過考察丁醇發(fā)酵的影響因素，得出最佳培養(yǎng)基條件，在7 L發(fā)酵罐中結(jié)合生物柴油進(jìn)行萃取發(fā)酵，總?cè)軇┖投〈籍a(chǎn)量分別達(dá)到29.38 g/L和15.13 g/L，相比萃取之前分別提高了27%和12%。液液萃取可以直接從發(fā)酵液中提取丁醇，而不需要移除底物、水或者營養(yǎng)物質(zhì)。但是在使用過程中也會出現(xiàn)一些問題，例如：萃取劑的毒性、乳狀液的形成、萃取過程中生物質(zhì)的積累等，因此液液萃取法的工業(yè)化應(yīng)用目前仍受到一定限制。

4.3 滲透汽化

滲透汽化是利用膜對液體混合物中各組分的溶解與擴(kuò)散速度的不同而實現(xiàn)分離的過程。所用膜主要包括高聚物膜、陶瓷膜和液體膜等。其中，聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane，PDMS）膜由于其超疏水性以及良好的熱穩(wěn)定性和機械穩(wěn)定性而被廣泛研究。WU H等[42]采用PDMS-陶瓷復(fù)合膜在丁醇分批發(fā)酵過程中進(jìn)行原位提取，丁醇產(chǎn)量提高33%。滲透汽化作為一種新型膜分離技術(shù)具有選擇性高、能耗低、產(chǎn)品純度高等優(yōu)勢，但是其分離性能很大程度上是取決于膜的性質(zhì)，由于生物分子、介質(zhì)成分和細(xì)胞引起的膜污染會導(dǎo)致滲透汽化性能下降[56]，一定程度上限制了其工業(yè)化應(yīng)用，高性能膜的制備和發(fā)現(xiàn)還需要更多的研究。

4.4 氣提

氣提法是通過向發(fā)酵液中通入無氧氮或發(fā)酵氣體（H2和CO2），從而脫去丙酮、丁醇和乙醇的方法[37]。CAI D等[43]以甜高粱汁為原料，采用連續(xù)氣提補料分批發(fā)酵，最終獲得丁醇質(zhì)量濃度達(dá)到112.9 g/L。EZEJI T C等[44]利用拜氏梭菌BA101進(jìn)行間歇式發(fā)酵與氣提相結(jié)合的方法生產(chǎn)丁醇，經(jīng)發(fā)酵后丁醇產(chǎn)量達(dá)到151.7 g/L。氣提法操作簡單、適用范圍廣、設(shè)備能耗低、與發(fā)酵耦合可以實現(xiàn)在線同時分離，但是處理效率會受到載氣回收速率、氣泡大小和消泡劑等眾多影響，因此有待進(jìn)一步研究。

4.5 混合提取

吸附、氣提、液液萃取以及滲透汽化等方法都能在一定程度上回收丁醇，但是由于ABE發(fā)酵中丁醇質(zhì)量濃度通常小于20 mg/L，這些分離技術(shù)對丁醇的純化沒有足夠的選擇性。因此，根據(jù)現(xiàn)有的資料，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的角度來看，需要進(jìn)行更多的研究來開發(fā)一種綜合工藝，使用一種或多種不同的提取方式的組合，從發(fā)酵液中分離丁醇。LU K M等[45]采用新型的原位萃取-氣體汽提工藝結(jié)合ABE發(fā)酵，在發(fā)酵過程中首先用油醇提取丁醇，同時在油醇相中對丁醇進(jìn)行氣提，最終的得到丁醇質(zhì)量濃度為93～113 g/L。CAI D等[46]為提高丁醇質(zhì)量濃度，降低產(chǎn)品分離成本，建立了氣提-滲透蒸發(fā)（gas stripping-pervaporation，GS-PV）一體化工藝，將間歇滲透汽化技術(shù)與補料分批ABE發(fā)酵氣提系統(tǒng)相結(jié)合，獲得丁醇質(zhì)量濃度為482.55 g/L，丁醇回收率達(dá)到98.8%。

表2 不同分離提取方法的丁醇發(fā)酵情況Table 2 Butanol fermentation with different separation and extraction methods

5 展望

丁醇作為一種燃料具有廣闊的發(fā)展前景，它可以成為替代汽油的可再生能源。丁醇發(fā)酵存在原料成本高、菌株對氧以及溶劑的耐受性差導(dǎo)致的丁醇轉(zhuǎn)化率和濃度低等缺點，使得丁醇發(fā)酵的競爭力低于其他生物燃料的生產(chǎn)。但是這些障礙正在通過以下方式得到改善：（1）通過篩選出耐氧能力強的菌株，或者通過過表達(dá)、敲除/下調(diào)以及在代謝途徑中插入編碼關(guān)鍵酶的基因等方法來提高產(chǎn)丁醇菌的耐氧性和丁醇產(chǎn)量；（2）尋找廉價且易于水解的原料作為丁醇發(fā)酵底物，或是利用廢棄物發(fā)酵生產(chǎn)丁醇（3）利用基因工程和代謝工程技術(shù)，解除代謝過程中可能存在的產(chǎn)物或者中間產(chǎn)物抑制，提高菌種對丁醇的耐受性，強化丁醇生產(chǎn)中的關(guān)鍵酶，弱化丙酮、乙醇的生成代謝途徑，提高丁醇在溶劑中比例；（4）采用混合提取的策略，彌補單一提取方法的不足，消除發(fā)酵過程中丁醇的抑制作用，提高丁醇的回收率。