玉米籽皮稀酸水解液脱毒发酵制备丁二酸的可行性

丁二酸是一种重要的碳四平台化合物,利用非粮生物质替代淀粉制备丁二酸可保证粮食安全并降低原料成本。玉米籽皮是一种廉价的非粮生物质,该文采用稀酸水解玉米籽皮制备混合糖液,并对玉米籽皮稀酸水解液的脱毒条件进行了优化,优化结果为：活性炭用量1%（m/V）、pH4.0、作用温度30℃、作用时间30 min。在此工艺条件下,水解液的脱色率为92.27%,糠醛脱除率75%,5-羟甲基糠醛脱除率53%,多酚类化合物脱除率98%,总糖损失低于5%。经过脱毒处理后,产琥珀酸放线杆菌 NJ113均能利用水解液中的葡萄糖、木糖、阿拉伯糖,培养基总糖浓度为50 g/L时,丁二酸分批发酵的质量收率可达0.68 g/g,浓度可达34.2 g/L,生产强度达0.83 g/(L·h),总糖浓度为68.2 g/L时,丁二酸质量收率仍可达0.62 g/g,浓度42.3 g/L,生产强度0.98 g/(L·h)。发酵试验表明脱毒的玉米籽皮稀酸水解液作为碳源厌氧发酵制备丁二酸具有可行性。     

蒸汽爆破玉米芯水解液脱毒及其发酵生产燃料丁醇

为探究以玉米芯为原料生产燃料丁醇的最佳工艺技术,该研究对蒸汽爆破玉米芯水解液的脱毒方式及脱毒后的水解液的丙酮丁醇发酵进行了研究。结果表明:D301树脂对玉米芯水解液进行脱毒的综合效果最好,甲酸、乙酸和总酚的脱除率分别达到60%、46.04%和56.31%,香草醛脱除率为100%,对糠醛和5-HMF的脱除率分别达到了82.95%和87.52%;同时总糖的损失率为4.38%。D301树脂脱毒后的水解液经C.acetobutylicum CICC 8016发酵丁醇和总溶剂产量分别为5.2和7.5 g/L,葡萄糖和总糖的利用率分别达到100%和73.67%。当D301树脂脱毒的玉米芯水解液初始糖的质量浓度为50 g/L时,丁醇和总溶剂(丙酮、丁醇和乙醇)的质量浓度分别达到最大9.7和14.6 g/L。该研究为利用玉米芯工业化生产燃料丁醇提供了可靠的技术支持。     

酶法复合脱毒提高玉米秸秆水解液丁醇发酵效率

利用玉米秸秆发酵产丁醇在生物质转化领域具有明显优势。为解除玉米秸秆水解液中多种有毒物质对微生物生长的抑制及对发酵产量的影响,该研究摒除常用的理化脱毒法,选择高效环保的酶法脱毒以实现溶剂高产。研究结果表明:通过优化漆酶和甲酸脱氢酶添加量以去除水解液中酚类和甲酸,单独添加漆酶5 U/m L、甲酸脱氢酶1 U/m L,水解液发酵的丙酮-丁醇-乙醇(acetone-butanol-ethanol,ABE,总溶剂)产量分别为1.03和1.11 g/L。再在活性炭的辅助下形成高效酶法复合脱毒体系,经复合脱毒处理的水解液发酵后丁醇产量达2.90 g/L,总溶剂ABE产量达到4.4 g/L,比未作处理的对照组发酵产量高出约5倍,实现了生物质的高效转化。可为玉米秸秆水解液发酵生产燃料丁醇提供参考。     

白酒糟水解液摇瓶发酵生产木糖醇的工艺优化

为充分利用白酒糟资源,探讨酸水解液作为碳源发酵生产木糖醇的可行性。采用热带假丝酵母(Candidatropicalis1779)发酵酒糟水解液生产木糖醇,分别利用单因素试验和正交试验考察了影响发酵的工艺条件。发酵在250mL摇瓶发酵瓶中进行。结果表明,当种子龄27h、接种量20mL、装液量100mL、氮源添加量20mL、氮源浓度48g/L时发酵效果最好。该条件下发酵液中木糖醇浓度为11.85mg/mL,木糖利用率和还原糖利用率分别为45.62%和74.81%,残留木糖浓度为463.51μg/mL。发酵试验表明酒糟水解液作为碳源发酵生产木糖醇具有可行性。     

棉秆与污泥共热解制备生物炭工艺优化及其结构与吸附性能

随着经济的发展,产量巨大的棉秆与污泥亟需找到新的资源化方式。该研究利用污泥与棉秆共热解制备炭,采用正交试验法全面考察与分析了各因素对污泥-棉秆炭吸附性能以及表面结构的影响。结果表明,污泥质量分数、KOH浓度、微波功率、辐照时间以及装填量均会显著影响污泥-棉秆炭的吸附性能、表面官能团以及孔结构。优化工艺参数为:污泥质量分数30%,微波功率280 W,辐照时间24 min,KOH质量分数50%,装填量150 g,在该工艺条件可制备获得综合吸附性能较优的污泥-棉秆炭,其亚甲基蓝、酸性品红、硫酸铜以及碘的吸附值分别达到157.80、293.39、272.12、1 281.93 mg/g。污泥-棉秆炭的吸附性能可达到或超过国家木质净水用活性炭一级品的标准,但吸附质与炭的结构特性均会影响其吸附性能。酸性官能团总量与孔容分别与酸性品红吸附值及硫酸铜吸附值显著相关,其他结构参数与吸附性能相关性不显著,污泥-棉秆炭对污染物的吸附并不只是单一的物理吸附或化学吸附。该研究结果对于定向设计高效的棉秆-污泥炭基吸附剂具有参考价值。     

乙二醇-氯化铁预处理对棉秆酶水解效率的影响

为提高棉秆的纤维素酶水解效率,该研究以乙二醇为预处理溶剂,氯化铁为催化剂对棉秆进行预处理,实现了棉秆木质素和半纤维素的有效去除,提高了酶水解效率。以木质素和半纤维素的去除率为指标,运用正交试验方法优化乙二醇-氯化铁预处理条件。结果表明,棉秆在90%乙二醇水溶液,0.1 mol/L氯化铁,固液比1∶15,160 ℃条件下处理20 min,木质素和半纤维素去除率分别为85.7%和88.9%。相较原料,预处理后棉秆酶解率提高了7.6倍,葡萄糖产率达到100%（基质浓度5%,酶载量8.3 FPU/g,水解72 h条件下）。通过结构表征发现乙二醇-氯化铁预处理使棉秆的比表面积增大,致密结构被破坏,有效提高了棉秆的纤维素酶可及性。     

耐高温东方伊萨酵母乙醇发酵特性

燃料乙醇作为一种可再生清洁能源,越来越受到人们的广泛关注,选育出一株耐高温乙醇发酵菌株对于提高乙醇发酵效率、降低能耗和生产成本具有重要意义。该文对分离自烟叶腐解物中的耐高温乙醇发酵菌株HN-1进行生理生化特性试验及分子生物学鉴定,并对其发酵特性进行初步研究。结果表明:HN-1菌株为东方伊萨酵母,能够利用葡萄糖和果糖发酵生产乙醇,但不能利用木糖、半乳糖等。该菌株的最适生长温度为38℃,乙醇发酵的合适温度范围为38~45℃,且随着发酵温度的升高,乙醇生成速率加快,发酵时间缩短。38℃乙醇发酵的最适葡萄糖浓度为120 g/L,乙醇产量为58.19 g/L,乙醇产率为0.460 g/g。利用玉米秸秆水解液发酵,乙醇产量为20.74 g/L,乙醇产率为0.468 g/g,达到葡萄糖理论转化率的91.6%。该研究为生物乙醇的高温发酵提供了宝贵的菌种资源和技术支撑。     

高油脂产率微藻的筛选及发酵条件的优化

本研究旨在从自然水域分离、筛选出高油脂产率的微藻藻株,对其生产油脂的发酵条件进行优化,以期为用微藻制备生物柴油的工业化生产打下基础.从不同淡水环境中分离纯化了17株微藻,根据形态特征对这些微藻进行了初步鉴定.比较了其中11株微藻的生物量、油脂含量及油脂产率.从中选取生物量和油脂含量都较高的椭圆栅藻(Scenedesmus ovalternus)、雷氏衣藻(Chlamydomonas reinhardii)和蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)3株微藻,研究了光照、温度、pH、碳源、氮源及不同水平碳氮源组合对其比生长速率和油脂产率的影响,结果表明,添加葡萄糖作为碳源时3株微藻生长较快,油脂产率较高;其最适发酵温度为28(2;椭圆栅藻和蛋白核小球藻最适pH为7,而雷氏衣藻最适pH为9;葡萄糖和尿素分别为这3种微藻的最适碳源和氮源.从油脂产率方面考虑,椭圆栅藻的最佳碳、氮源组合为:30g/L葡萄糖和2.1 g/L尿素;蛋白核小球藻的最佳碳、氮源组合为:40 g/L葡萄糖和2.1g/L尿素;雷氏衣藻则为:30/L葡萄糖和1.2g/L尿素.雷氏衣藻和蛋白核小球藻的5 L发酵试验表明,与摇瓶培养相比,发酵培养时间由7 d缩短为5 d,OD540nm分别可达61.2和59.9,而且2株微藻生物量干重分别由11.2 g/L和8.8 g/L提高到26.58 g/L和20.19 g/L,油脂含量分别由20.3%和17.2%提高到23.2%和20.1%,油脂产率分别由0.3248 g/L/d和0.2162 g/L/a提高到1.2333 g/L/d和0.8112 g/L/a.本研究结果表明,从天然水域分离、筛选得到的两株微藻雷氏衣藻(Y7)、蛋白核小球藻(Y9)经过发酵条件优化控制油脂产率分别可达1.2333 g/L/a和0.8112 g/L/a,有望应用于利用微藻制备生物柴油的工业化生产.     

低氧烟道环境制备污泥活性炭

为降低污泥制备活性炭的成本,以高温低氧烟道气为媒介,研究了活化时间、温度、蒸气含量以及氧含量对污泥活性炭性能的影响规律,结果表明：活化温度、活化时间及水蒸气流量的最佳值分别为800°C、90 min和34.8%,该条件下污泥活性炭比表面积、产率、甲基橙及亚甲基蓝吸附值分别为：246.3 m2/g、46%、14.8 mg/g、18.1 mg/g。因而,高温低氧烟气直接用于物理活化法制备污泥活性炭,活化气量（水蒸汽）不够,产品活性炭的性能差,活化温度高达800°C,运行成本仍偏高。将湿污泥用ZnCl2按1∶1浸渍16 h后活化炭化,在活化温度、活化时间、氧含量分别为550°C、90 min、2%时,污泥活性炭的产率为59%,其比表面积和亚甲基蓝吸附值分别达516.1 m2/g和129.8 mg/g,孔体积为0.29 cm3/g,微孔体积为0.16 cm3/g,平均孔径为3.95 nm,性能较好。氧气能促进活性炭微孔的形成与发展,最佳的氧含量为2%~4%。与无氧条件下制备的污泥活性炭相比,氧含量为4%时制得的污泥活性炭的比表面积增加了6.82%,亚甲基蓝吸附值提高了2.75倍。该研究表明：高温烟气作为热源、保护气和活化气,结合化学活化法,可将脱水湿污泥直接制成污泥活性炭。该结果可为低成本制备污泥活性炭、实现污泥处理的资源化利用提供一定的参考。     

玉米秸秆稀酸水解时糠醛形成原因及影响因素

该文通过试验研究了玉米秸秆在稀酸水解过程中糠醛类物质的产生规律和主要影响因素。试验结果表明：己糖转化为羟甲基糠醛的反应是水解液中糠醛类物质产生的主要原因,而戊糖向糠醛的转化率较低。影响水解液中糠醛类物质浓度最大的因素是还原糖浓度,在所有系列试验中糠醛浓度同还原糖浓度均显著相关;水解时间对水解液中糠醛类物质浓度有显著影响,糠醛浓度随着水解时间的增加而升高;稀硫酸0.5%～2.5%浓度的范围内能够有效提高己糖向羟甲基糠醛的转化效率;而固含物和水解温度在试验条件下对糠醛类物质的产生没有显著影响。     

超低浓度马来酸水解玉米芯纤维素

为考察超低浓度马来酸对玉米芯纤维素的水解性能,该文采用高温液态水预处理和超低马来酸水解相结合的两步法。3,5-二硝基水杨酸(DNS)比色法和高效液相色谱法(HPLC)分析表明,第一步预处理(200℃,10min,4MPa,500r/min,液固比20:1mL/g)玉米芯可获得12.24g/L还原糖,半纤维素转化率91.76%,损失3.61%的纤维素;其残渣进行第二步酸水解(质量分数0.1%,220℃,20min,4MPa,500r/min,液固比20:1mL/g)可获得9.94g/L还原糖,纤维素转化率达95.17%,约1/3转化为糖。气相色谱-质谱联用(GC-MS)分析表明,第二步水解液中含有多种木质素降解副产物,如苯酚、苯甲酸等,带有多种活泼基团,可能与糖降解物反应,加快葡萄糖降解正反应的进行。改进反应器,使得糖降解物和木质素降解物及时排出,可提升马来酸水解性能,为马来酸在生物质水解领域的应用提供参考。     

Manufacture of fermentable sugar solutions from sugar cane bagasse hydrolyzed with phosphoric acid at atmospheric pressure

Sugar cane bagasse, a renewable and cheap bioresource, was hydrolyzed at 100 degrees C using phosphoric acid at different concentrations (2, 4, or 6%) and reaction times (0-300 min) to obtain fermentable sugar solutions, which have a high concentration of sugars (carbon source for microorganism growth) and a low concentration of growth inhibitors (acetic acid and furfural). Xylose, glucose, arabinose, acetic acid, and furfural were determined following the hydrolysis. Kinetic parameters of mathematical models for predicting these compounds in the hydrolysates were obtained. Derived parameters such as efficiency of hydrolysis or purity of hydrolysates were considered to select as optimal conditions 6% phosphoric acid at 100 degrees C for 300 min. Using these conditions, 21.4 g of sugars L(-)(1) and <4 g of inhibitors L(-)(1) were obtained from the hydrolysis with a water/solid ratio of 8 g of water g(-)(1) of sugar cane bagasse on a dry basis.     

非离子表面活性剂PEG对棉秆木质纤维素酶解的影响

为了提高纤维素的水解作用,减少酶的用量,该文研究不同分子量的聚乙二醇(PEG,poly ethylene glycol)表面活性剂对棉秆木质纤维素水解复合酶的影响,研究不同分子量的PEG对还原糖、纤维素酶、木质素酶、蛋白吸附率、酶动力学特征的影响。结果表明,2.5g/L添加量的PEG 2000、PEG 4000、PEG 6000和PEG 8000均能提高棉秆木质纤维素水解酶的活力,增加纤维素的转化率,减少蛋白的非特异性吸附率,提高棉秆木质素和纤维素的降解率,提高最大反应速度和降低酶与底物的亲和力,其中PEG 6000效果最好。3.0g/L的PEG 6000添加量对纤维素的转化率最高,达到58.12%(P<0.05)。对于吸附率,2.0、3.0、4.0、5.0g/L的添加量与对照相比差异显著(P<0.05),且相互之间差异不显著(P>0.05)。添加3.0g/L PEG 6000的表面活性剂能保持上清液中较高的蛋白浓度,水解3h后,没有添加表面活性剂的处理,纤维滤纸酶酶活从0.1245FPU/mL下降到0.012FPU/mL,下降了90.37%,添加PEG 6000后,FPA酶的活性恢复到0.041FPU/mL;水解48h,添加PEG 6000和不添加PEG 6000纤维素的转化率分别达到65.71%和54.68%,添加PEG 6000提高纤维素转化率20.18%。结果表明,PEG6000可以提高纤维素的转化率,为工业生产实践提供了参考。     

Effect of different forms of alkali treatment on specific fermentation inhibitors and on the fermentability of lignocellulose hydrolysates for production of fuel ethanol

Treatment with alkali, particularly overliming, has been widely used as a method for the detoxification of lignocellulose hydrolysates prior to ethanolic fermentation. However, the mechanisms behind the detoxification effect and the influence of the choice of cation have not been well understood. In this study, a dilute acid hydrolysate of spruce and an inhibitor cocktail consisting of six known inhibitors were used to investigate different alkali detoxification methods. The various treatments included the addition of calcium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide, and ammonia to pH 10.0 and subsequent adjustment of the pH to 5.5 with either sulfuric or hydrochloric acid as well as treatment with the corresponding amounts of calcium, sodium, and potassium as sulfate or chloride salts at pH 5.5. An RP-HPLC method was developed for the separation of 18 different inhibitors in the hydrolysate, including furaldehydes and phenolics. Detection and quantification were carried out by means of UV, DAD, and ESI-MS in negative mode. Treatment of the spruce hydrolysate with alkali resulted in up to approximately 40% decrease in the concentration of furaldehydes. The effects on the aromatic compounds were complex. Furthermore, SFE was performed on the precipitate formed during alkali treatment to evaluate the inhibitor content of the precipitate, and the following RP-HPLC analysis implied that potential inhibitors were removed mainly through conversion rather than through filtration of precipitate. Parallel experiments in which sulfuric acid or hydrochloric acid was used for acidification to pH 5.5 after alkali treatment indicated that the choice of anion did not affect the removal of inhibitors. Detoxification with calcium hydroxide and ammonia resulted in better fermentability using Saccharomyces cerevisiae than detoxification with sodium hydroxide. The results from the experiments with the inhibitor cocktail indicated that the positive effects of alkali treatment are difficult to explain by removal of the inhibitors only and that possible stimulatory effects on the fermenting organism warrant further attention.     

糠醛渣和废菌棒的热解气化多联产再利用

糠醛渣和废菌棒是农林木质纤维素类生物质经利用后的废弃物。该文分析了糠醛渣和废菌棒的组分构成和热失重特性,并以糠醛渣和废菌棒为原料,以生物质高效无污染全面利用为目的,应用生物质气化多联产技术制备了生物质炭与可燃气。糠醛渣的C元素含量较高而挥发分含量较低,糠醛渣的热值(20.87 MJ/kg)高于废菌棒(18.01 MJ/kg)。糠醛渣的半纤维素失重肩峰明显消失,其最大质量损失速率高于废菌棒,质量损失总量低于废菌棒。糠醛渣和废菌棒的气化产炭率分别为29.99%和22.26%,糠醛渣炭的热值为26.18 MJ/kg,高于废菌棒炭的20.09 MJ/kg,糠醛渣炭的比表面积为253.58 m~2/g,高于废菌棒炭的189.08 m~2/g。糠醛渣可燃气和废菌棒可燃气的产率分别为2.49和2.25 m~3/kg,其热值含量基本处于同一水平,分别为4.86和4.92 MJ/m~3。糠醛渣和废菌棒可分别用于机制炭和炭基肥料等的生产,同时产出生物质可燃气。     

棉花秸秆炭微波裂解生产设备研制

为了提高棉花秸秆的循环利用效率,分析不同参数对微波裂解棉花秸秆生产秸秆炭的产炭率的影响,该文研制了一套微波裂解设备。微波裂解设备主要由气液处理系统、裂解腔、惰性气体供应系统、恒温控制等组成,工作时微波裂解腔中的磁控管对棉花秸秆的裂解过程提供能量,使棉花秸秆达到炭化的效果。以棉花秸秆的炭产率为指标,以棉花秸秆含水率、炭化时间、微波功率为影响因素,通过Box-Behnken中心组合试验方法对微波裂解设备在裂解棉花秸秆过程中的试验因素进行三因素三水平二次回归试验。分析各因素对产炭率的影响,同时对影响因素进行综合优化。结果表明,棉花秸秆含水率和微波功率对棉花秆秸产炭率影响显著(P<0.01),最优参数组合为含水率11%、炭化时间6min、微波功率1.8 kW。验证试验结果表明,在最优参数条件下,棉花秸秆产炭率为30.9%,与理论值的相对误差为0.71%。研究结果可为棉花秸秆炭微波裂解生产设备的设计和作业参数优化提供参考。     

疏解棉秆的微波干燥动力学及能耗分析

为了研究疏解棉秆微波干燥过程中装载量对干燥时间、干燥速率、干燥效率以及单位能耗的影响,该试验采用微波频率为2 450 MHz,输出功率为1 k W的微波干燥设备,装载量范围在34~200 g的疏解棉秆进行干燥。结果显示:干燥过程经过一个短暂的升速后较长时间处于降速阶段;采用7种常见薄层干燥模型对干燥数据进行非线性拟合,通过比较决定系数、均方根误差、离差平方和,发现Midilli模型是表述疏解棉秆微波干燥的最优模型,干燥系数随着装载量的增加而减小;装载量从34 g增加到200 g时,干燥时间也随之从10 min增加到20 min;疏解棉秆的水分有效扩散系数随着装载量的增加而减小,其平均值介于1.8078×10-8~4.1997×10-8 m2/s,同时基于Arrhenius方程,求得平均活化能为4.82 W/g;装载量在34~200 g时,通过提高装载量能够提高微波干燥效率(7.52%~19.78%),同时降低微波干燥的单位能耗(12.49~35.90 MJ/kg)。研究结果为棉秆的干燥和工业化生产提供参考。