综述：梭菌属物种在生物乙醇与生物柴油副产物高值化利用中的生物催化作用综述

《Biotechnology for Biofuels and Bioproducts》：Clostridium-based biorefineries in sugarcane bioethanol and biodiesel production: metabolic pathways, substrate diversity, and bioproduct yields

　　摘要**背景**全球向可持续能源系统的转型，极大激发了人们对生物精炼厂的关注，这类工厂能够将可再生原料和工业残余物转化为燃料和高附加值化学品。生物乙醇和生物柴油是全球最大的两大生物燃料产业，它们在生产过程中产生大量副产物——包括木质纤维素生物质、酒糟和粗甘油——这些副产物的高值化利用在经济和环境层面均面临严峻挑战。在此背景下，梭菌属（*Clostridium*）物种展现出极为卓越的生物催化多样性，能够同化从C1（CO?）到C6（葡萄糖）的多种碳源，并生产广泛适用于工业的化合物。尽管已取得相当大的进展，但对于梭菌基生物工艺如何整合到生物乙醇和生物柴油生物精炼厂中的全面评估——涵盖基质多样性、代谢途径以及生物工艺性能的比较——仍然迫切需求。**正文**本综述探讨了梭菌属物种作为生物催化剂在生物乙醇和生物柴油产业主要副产物高值化利用中的作用。在生物乙醇领域，我们讨论了木质纤维素衍生碳水化合物（甘蔗蔗渣和稻草中的C5和C6糖）以及酒糟的发酵过程，详细阐述了产酸相和产溶剂相代谢阶段，以及通向氢气、丁酸、乙酸和丁醇的核心生化途径。在生物柴油领域，我们综述了丁酸梭菌（*Clostridium butyricum*）、pasteurianum梭菌（*Clostridium pasteurianum*）和beijerinckii梭菌（*Clostridium beijerinckii*）对粗甘油的发酵研究，涵盖了产生1,3-丙二醇、氢气和丁醇的还原和氧化代谢分支。对不同物种、反应器构型和操作模式下得率与产率数据的比较分析表明，丁酸梭菌是生物柴油衍生粗甘油中最高效的1,3-丙二醇生产菌，当粗甘油经活性炭预处理后可达到44.16 mmol L?1 h?1的产率，未预处理的粗甘油则为20.4–36.8 mmol L?1 h?1。氢气生产则呈现不同的规律：木质纤维素水解液中的得率远低于葡萄糖的理论最大值4 mol mol?1，其限制因素包括氢分压、NADH竞争性还原向乙醇、乳酸和丁酸的途径分流，以及预处理过程中释放的抑制物。部分梭菌物种的兼养代谢——能够同时同化有机碳和无机碳——被强调为生物精炼厂整合中具有独特性且尚未充分开发的潜在优势。**结论**梭菌属物种为生物乙醇和生物柴油生产链中的物质循环闭合提供了多功能且具有工业前景的平台。市场潜力最大的产品——氢气、正丁醇、丁酸和1,3-丙二醇——均可从这些产业产生的残余基质中获得。然而，能否将其转化为经济上可行的整合生物精炼厂仍待确定：迄今为止报告的产率均处于实验室规模水平，尚未对整合构型进行技术经济评估。代谢工程、生物反应器设计和过程优化的进展是任何梭菌基生物工艺实现工业化部署的先决条件。