稀酸预处理对玉米秸秆中4类非木质素组分的降解规律研究

分离制取玉米秸秆中非木质素类的4类组分纤维素、半纤维素、热水提取物和乙醇提取物,采用高效液相色谱研究其在稀硫酸预处理过程中主要水溶性降解产物的生成规律。其中,纤维素降解生成葡萄糖、甲酸、乙酰丙酸和5-羟甲基糠醛;半纤维素降解生成木糖、阿拉伯糖、葡萄糖醛酸、半乳糖醛酸、乙酸和糠醛;热水提取物降解生成葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、甲酸、乙酸、乙酰丙酸、5-羟甲基糠醛和糠醛;乙醇提取物降解生成少量的葡萄糖、木糖、乙酸、乙酰丙酸和5-羟甲基糠醛。抑制物甲酸、乙酰丙酸和5-羟甲基糠醛主要来自纤维素,乙酸和糠醛来自半纤维素,产量可分别为1.4%、2.7%、2.2%、3.1%和7.8%(以玉米秸秆计)。硫酸质量分数是影响乙酸产量的主要工艺因素,而反应温度是影响甲酸、乙酰丙酸、5-羟甲基糠醛和糠醛产量的主要工艺因素。     

杨木稀酸预处理液木糖发酵产乙醇工艺条件的研究

以1.0%H2SO4在150℃预处理杨木屑20 min可水解溶出66.5%木聚糖和7.1%葡聚糖,生成以木糖为主、含有乙酸和甲酸等发酵抑制物的预处理液,脱毒后可采用Candida shehatae R发酵产乙醇,而Pichia stipitisNL23不能生长。减压蒸发加石灰中和法对预处理液的脱毒效果最佳,可脱除70.0%乙酸和40.0%甲酸,糖损失仅为5.0%~6.0%,C.shehataeR的耗糖率和乙醇得率可达到93.2%和83.6%。采用廉价的无机盐能够满足C.shehataeR发酵脱毒液的营养要求。由于包括乙酸和甲酸以外其它毒性物的抑制,C.shehataeR发酵脱毒液的适宜糖质量浓度为30.0 g/L,发酵12 h,耗糖率和乙醇得率为84.7%和75.3%,乙醇质量浓度达到最高值8.54 g/L,同时生成6.08 g/L木糖醇,C.shehataeR对木糖的利用未受葡萄糖的抑制。     

利用石墨化碳脱除竹材稀酸预处理液中的发酵抑制物

【目的】利用石墨化碳脱除竹材稀酸预处理液中的发酵抑制物,比较脱除前后的乙醇发酵收率,为高效快速的脱除发酵抑制物工艺提供参考。【方法】以毛竹粉为原料,经毛竹干质量2%的硫酸用量、固液比1∶6、180℃下保持60 min后得到预处理液,采用高效液相色谱仪测定预处理液中5种发酵抑制物的含量。利用装有石墨化碳的柱子常温下洗脱稀酸预处理液,以空气为洗脱剂,调节不同流速和洗脱次数,测定洗脱后预处理液中发酵抑制物的含量,计算石墨化碳的脱毒效果。利用稀酸和乙醇常温下冲洗脱毒后的石墨化碳柱,测定冲洗液中发酵抑制物的含量,观察石墨化碳的再生效果。采用离子色谱仪测定脱毒前后预处理液中的糖含量,计算石墨化碳脱毒对糖类的影响。脱毒后的预处理液经酿酒酵母乙醇发酵后,采用生物传感分析仪测定发酵液中的乙醇含量,计算乙醇发酵收率。【结果】竹材稀酸预处理液中甲酸、乙酸、乙酰丙酸、糠醛和5-羟甲基糠醛5种发酵抑制物的总质量分数为15.87 g·L~(-1)。石墨化碳对发酵抑制物的脱除率随着洗脱流速的升高而降低,在0.2 m L·min~(-1)流速下可以脱除99.7%以上的发酵抑制物,而且石墨化碳可重复多次使用,使用5次后仍可以脱除95.7%以上的发酵抑制物。石墨化碳对糖类损失的影响不大,5种单糖损失率均在9%以内。脱除发酵抑制物后的预处理液可用于乙醇发酵,其中的葡萄糖可完全转化掉,发酵24 h后,乙醇收率可达其理论值的85%以上。稀酸和乙醇对脱毒后石墨化碳的再生效果有限。【结论】石墨化碳能有效脱除竹材稀酸预处理液中的5种发酵抑制物,其脱除率均在99%以上,对糖类损失的影响不大。脱毒后的预处理液可用于乙醇发酵,乙醇收率可达其理论值的85%以上。     

碳水化合物降解产物对酿酒酵母乙醇发酵的影响

研究了木质纤维原料预处理产生的主要碳水化合物降解产物对酿酒酵母乙醇发酵的影响,以及酿酒酵母对玉米秸秆酶水解液的乙醇发酵.碳水化合物降解产物对酿酒酵母NLH13乙醇发酵毒性依次为:甲酸>乙酸>糠醛>羟甲基糠醛,酿酒酵母NLH13乙醇发酵可耐受的甲酸和乙酸质量浓度分别为1和4 g/L,酿酒酵母NLHl3在2～10 g/L范...     

4种木质纤维素预处理方法的比较

采用4种方法对玉米秸秆预处理,研究了不同预处理方法对酶水解性能和可发酵性糖得率的影响,分析了预处理物料主要成分,预水解液中糖组成、碳水化合物降解产物及木质素降解产物含量.100 g玉米秸秆经稀酸、稀酸磨浆、中性蒸汽爆破和稀酸蒸汽爆破预处理、洗涤后,物料中纤维素由37.17g分别降为33.96、33.54、32.63和32.88 g,木聚糖由22.84 g分别降为2.77、2.47、3.56和2.05 g,木质素由18.76 g分别降为17.63、17.42、16.90和17.25 g.稀酸蒸汽爆破预处理物料在底物质量浓度100 g/L、纤维素酶用量20 FPIU/g(以纤维素计,下同)、β-葡萄糖苷酶用量3 IU/g下酶水解48 h,纤维素水解得率为75.91％.玉米秸秆经稀酸蒸汽爆破预处理、纤维素酶水解后可发酵性糖得率为44.93％(以玉米秸秆为基准).     

树干毕赤酵母在水解液中的驯化及木糖发酵

通过在玉米秸秆蒸汽爆破水解液中的驯化,树干毕赤酵母(Pichia stipitis能够在大量抑制物存在的情况下进行木糖发酵,且驯化后P.stipitis的木糖利用率为94.1％,乙醇得率为82.1％.在此基础上,对初始木糖质量浓度为30、45和60 g/L的水解液进行发酵,结果显示45 g/L初始木糖发酵的平均乙醇生成...     

休哈塔假丝酵母对半纤维素戊糖和己糖的同步发酵

休哈塔假丝酵母(Candida shehatae)的改良菌种R能同时将半纤维素中的戊糖和己糖发酵成乙醇。当酵母细胞浓度高于8g/L和木糖含量高于总糖的20％时,较易代谢的己糖对木糖所产生的抑制作用可被消除。在30℃～40℃和限制供氧的条件下,90％以上的单糖得到了利用,乙醇得率为0.43～0.48g/g消耗的糖。厌氧发酵导致木糖的不完全利用和木糖醇的积累,而供氧过量则导致酵母细胞增殖并降低乙醇得率。该菌种对半纤维素水解液(如亚硫酸盐制浆废液、玉米秆水解液和落叶松浸提液)中的发酵抑制物有较高的忍耐能力,有重要的工业应用前景。     

稀酸蒸汽爆破玉米秸秆预水解液的脱毒及乙醇发酵

以水洗稀酸蒸汽爆破玉米秸秆(ASC)得到的预水解液为原料,分析了ASC预水解液中可发酵性糖、碳水化合物降解产物和主要木质素降解产物的含量,研究了ASC预水解液乙醇发酵性能、3种脱毒方法对预水解液进行脱毒及乙醇发酵性能。研究结果表明,ASC预水解液中可发酵糖类主要含有木糖(49.50 g/L)及少量葡萄糖(9.80 g/L),可用于发酵制备乙醇,但含有大量抑制物不利于乙醇发酵,发酵60 h时的糖利用率和乙醇得率分别仅有87.96%和74.63%。ASC预水解液经过乙酸乙酯萃取、酵母吸附和亚硫酸钠处理3种方式脱毒后乙醇发酵性能均得到较大改善:经乙酸乙酯萃取脱毒后发酵36 h时的糖利用率和乙醇得率分别为95.40%和90.71%;经酵母吸附脱毒后发酵48 h时的糖利用率和乙醇得率分别为97.83%和81.98%;经亚硫酸钠处理脱毒后发酵48 h时的糖利用率和乙醇得率分别为95.55%和84.74%。虽然乙酸乙酯萃取脱毒效果最佳,但从工业应用前景来看,酵母吸附和亚硫酸钠处理是最佳选择。     

玉米秸秆稀酸预处理的研究

研究了玉米秸秆稀酸预处理条件对木糖得率和纤维素酶水解性能的影响.在单因素试验的基础上,用正交试验法对稀酸预处理条件进行优化.在固液比1∶10、硫酸质量分数0.75%、温度150℃条件下处理30min,木糖得率最大为85.64%.100g玉米秸秆经稀酸预处理和纤维素酶水解后,可得到最大总糖量49.74g.分析结果表明,木糖得率最大影响因素为酸浓,酶解得率最大影响因素是温度.温度对综合指标的影响极显著,酸浓影响显著,时间影响不显著.预处理破坏了玉米秸秆的纤维素结构.     

玉米秸秆蒸汽爆破降解产物的分析

采用高效液相色谱(HPLC)和气质联用(GC-MS)色谱技术对玉米秸秆蒸汽爆破降解产物进行分析.玉米秸秆经蒸汽爆破预处理后,其纤维素、半纤维素和木质素降解损失分别为9.60%、47.98%和17.55%.采用HPLC对碳水化合物降解和分解产物定量分析,100g玉米秸秆预处理后,产生甲酸2.10g、乙酸2.00g、乙酰丙酸0.10g、5-羟甲基糠醛0.08g和糠醛0.13g.采用GC-MS对木质素和提取物降解产物定性分析,共检测出14种芳香类化合物、22种脂肪酸类化合物和5种呋喃化合物.