玉米秸秆制备乙醇预处理及水解工艺的研究

以玉米秸秆为原料,利用2%NaOH溶液对原料进行预处理,并研究预处理温度、时间、秸秆粒度对纤维素、半纤维素、木质素的含量以及脱除率的影响。结果表明,当温度为100℃、时间为4 h、粒度为16目时,半纤维素和木质素的脱降率达90.6%和86.4%,纤维素含量达53%。采用浓硫酸法对预处理后的秸秆进行水解工艺研究,在比较了液固比、时间、温度、酸浓度等单因素影响后,采用正交试验进行优化,得到最佳水解工艺的条件:温度为50℃、时间为10 min、硫酸浓度为72%、液固比为10 mL∶1 g。     

不同预处理方法对玉米秸秆酶解和乙醇发酵的影响

研究不同预处理方法对玉米秸秆酶解和乙醇发酵的影响。比较玉米秸秆经粉碎、汽爆和水热3种预处理后酶解液葡萄糖含量、酶解率、乙醇得率以及发酵液中抑制物乙酸、糠醛和羟甲基糠醛的含量,对不同预处理方法进行评价。结果表明:水热超细玉米秸秆能有效提高酶解率,在固液比2:10,酶解48h时,生成葡萄糖含量为60.6g.L-1,纤维素酶解率为63.13%,并且产生的乙酸、糠醛和羟甲基糠醛的含量很低;以此水解液发酵生产乙醇,乙醇含量为28.29g.L-1,乙醇得率为46.68%,为理论乙醇得率的91.5%。说明采用水热超细秸秆可有效提高纤维素酶解率和乙醇得率。     

NaOH预处理对玉米秸秆纤维结构特性和酶解效率的影响

为研究不同温度下Na OH预处理对玉米秸秆纤维结构特性和酶解得率的影响,为确定纤维原料碱法预处理的适宜条件提供理论依据,采用稀Na OH溶液对玉米秸秆分别在60、80、105℃下预处理,测定了预处理前后纤维原料的化学组成和酶解得率,并采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和傅里叶变换红外光谱仪(IR)对预处理前后玉米秸秆的纤维结构进行了表征。结果表明:Na OH预处理能够有效脱除玉米秸秆中木质素,增加纤维素和半纤维素比例,提高纤维素结晶度,产生的润涨作用导致纤维束状结构疏松。Na OH 80℃预处理1 h后,玉米秸秆中纤维素结晶度达到63.7%,60 h的酶解得率达到71.4%;碱处理温度进一步升高则会充分暴露纤维表面纹孔,同时使纤维素分子内氢键重新形成,容易进一步损失半纤维素,降低纤维素的润涨程度,从而降低酶解效率。80℃条件下碱处理能够有效改善玉米秸秆纤维结构,提高其转化利用效率。     

玉米秸秆酸水解制糖新工艺

[目的]开发新的玉米秸秆酸解糖化工艺,以解决生物质制乙醇技术中酸解糖化法收率低等问题。[方法]采用单因素及正交试验,考察了带压两段酸水解浓酸段和稀酸段的水解糖化规律和工艺条件。通过两段法浓酸预处理与稀酸水解相结合,对玉米秸秆进行水解,并对水解条件进行了优化。[结果]初步确定常压两段酸水解较优的水解工艺条件为:一段浓酸预处理中,酸浓度60%,酸固比12∶1,水解时间30min,温度45℃;二段稀酸水解中,水固比220∶1,水解时间120min,水解温度100℃。经两段水解后,总糖收率显著增加,达93.81%。[结论]首次提出常压两段酸水解工艺,该工艺条件温和、流程简单、成本低廉、总糖收率高、应用前景广阔。     

复合诱变选育丙酮丁醇梭菌发酵玉米秸秆水解液

[目的]提高丙酮丁醇梭菌CICC8012产丁醇能力。[方法]采用紫外线和甲基磺酸乙酯（EMS）复合诱变选育丙酮丁醇梭菌CICC8012。[结果]紫外辐照120 s,5%EMS处理60 m in条件下,筛选得到1株遗传稳定性良好的高产突变株M-31,其在葡萄糖培养基中总溶剂产量10.39 g/L,丁醇产量6.55 g/L,较出发菌株分别提高了16.48%和20.62%。对M-31玉米秸秆水解液发酵培养基进行优化,得到最优工艺组合：初始水解糖浓度为80 g/L,（NH4）2SO43 g/L,KH2PO40.6 g/L,MgSO4.7H2O 0.4 g/L,FeSO4.7H2O 15 mg/L,并选择亚硫酸盐法对秸秆水解液进行脱毒,丁醇和总溶剂产量分别达到5.19和8.27 g/L,较优化前分别提高了55.39%和55.74%。[结论]得到的高产突变株较出发菌株丁醇产量更高、更适合于生物质发酵。     

预处理及木质素酶对玉米秸秆酶解糖化效果影响

以玉米秸秆为原料,以酶解糖化分析、扫描电镜及傅里叶红外光谱验证为检测指标,建立了高效玉米秸秆预处理方法及条件,并进一步探讨了酶解糖化过程中各木质素酶与纤维素酶、木聚糖酶的协同作用效果及酶解糖化过程中各木质纤维素酶的最佳添加比例及添加量。结果表明：2%CaCO₃+1%H₂O₂在料液比1∶11,温度120℃,时间70 min条件下,可较好地去除木质素并保留纤维素及半纤维素组分;酶解糖化试验表明,木质素酶中漆酶对预处理玉米秸秆水解起主要促进作用,各木质酶的最优添加量分别为漆酶8 U/g,木素过氧化物酶10 U/g,锰过氧化物酶6 U/g,此条件下水解液中的混合糖含量为116 mmol/L,比未添加木质素酶含量提高了16%。试验为低酶用量、高糖得率的高效木质纤维素降解复合酶体系的建立及玉米秸秆木质纤维素原料的高效转化利用奠定了基础。     

微波辐射预处理高粱秸秆对酶水解的影响

以100目高粱秸秆为原料,采用微波辐射为预处理手段,通过测定微波辐射预处理以及微波辐射联合酸和碱预处理方式中高粱秸秆酶水解的还原糖含量,研究不同预处理条件对酶水解的影响.结果表明,单一采用微波辐射预处理对高粱秸秆的酶水解促进作用不大,微波在中低火功率处理条件下对酶水解有较大的促进作用.微波联合碱处理要比微波联合酸预处理对高粱秸秆酶水解的促进作用较大,微波联合碱预处理酶水解在NaOH含量为3%,微波辐射时间为9 min时,得到了还原糖含量为34 42 g·L-1.     

酶磨法处理玉米秸秆的糖化发酵研究

将纤维素酶、木聚糖酶分别与湿磨相结合对玉米秸秆进行了预处理,对不同料液浓度的酶磨玉米秸秆进行了糖化发酵研究。试验结果表明:当经纤维素酶、木聚糖酶酶磨处理的玉米秸秆料液的酶解浓度均为6%时,还原糖收率最高,分别为37.2%和33.5%;对酶解后的料液进行酒精发酵,发现在酶解料液浓度为11%时,酒精浓度最高,分别为3.0%和2.8%。     

稀酸强化水解对玉米秸秆发酵产氢能力的影响

[目的]研究稀酸强化水解对玉米秸秆发酵产氢能力的影响。[方法]对玉米秸秆进行机械粉碎、蒸汽爆破和稀酸水解处理,并分析不同处理、玉米秸秆粒度等对玉米秸秆产氢能力的影响。[结果]蒸汽爆破后采用0.8%稀H2SO4强化水解的预处理方法产氢效果较好;玉米秸秆粒度为0.425～0.850 mm时,产氢效果最好;当0.8%H2SO4（质量）∶秸秆（重量）的液固比为10∶1时,产氢效果较好。[结论]玉米秸秆经蒸汽爆破后,再用0.8%H2SO4强化水解处理可以取得较好的产氢效果。     

同化玉米芯酸解液为丁醇

[目的]探究用于丙酮丁醇发酵的玉米芯酸解液的制备方法,寻找培养基组分的较佳组合。[方法]以产物丁醇浓度为指标,比较4种不同玉米芯酸解液制备方法。[结果]稀硫酸处理玉米芯后,用Ca（OH）2调节pH,经XAD-4树脂、活性炭处理,可得到13.71 g/L丁醇;利用薄层层析法分析酸解液中主要还原糖是葡萄糖和木糖,经发酵分析可为Clostridium acetobutylicum ATCC824相同利用;经单因素分析,培养基组分较佳组合为：100%玉米芯水解液中,需加入2 g/L的FeSO4,30 g/L的黄豆饼粉,得到丁醇的最高浓度为19.2 g/L。[结论]玉米芯酸解液可用于丁醇发酵,但需去除有毒物。     

酶水解液的丁醇发酵条件优化研究

［目的］研究抗坏血酸（AsA）对镉胁迫下小麦种子萌发及幼苗生长的保护效应。［方法］以扬麦15、扬麦16和扬麦17为试材,通过测定种子发芽率和幼苗的生长生理指标研究了外源AsA对镉胁迫下小麦种子萌发和幼苗生长的影响。［结果］在单因素试验中,浓度大于0.05mmol/L的AsA对小麦幼苗主根生长有抑制作用;小麦种子萌发和幼苗生长受到的抑制作用随着镉浓度增大而增强,小麦根系SOD活性没有明显变化。AsA浓度不变时,小麦根长生长受到的抑制作用随着镉浓度的增大而增强;镉浓度不变时,0.05mmol/LAsA处理的小麦的抑制百分比低于其他浓度。在镉胁迫下加入AsA后,小麦根系SOD活性明显提高。0.05mmol/LAsA对0.05mmol/L镉胁迫下小麦的POD活性提高最多。［结论］低浓度AsA能缓解镉胁迫对小麦种子萌发和幼苗生长的抑制作用,高浓度AsA的作用不明显。     

利用多菌种固态发酵降解玉米秸秆

以玉米秸秆和麦麸为原料,利用具有降解纤维素和半纤维素能力的黑曲霉、地衣芽孢杆菌、酵母、植物乳酸杆菌4种菌混合发酵,降低原材料的纤维素含量,提高玉米秸秆的饲料营养价值。由单因素试验确定各种菌接种时间、发酵时间、无机水含量、温度;由正交试验确定秸秆和麦麸的最佳比例。结果表明:发酵温度37℃、发酵时间6 d、秸秆与麦麸比例为2∶1、水的添加量50 mL,粗纤维降解率为26.68%。采用4种菌分批发酵,即先用黑曲霉和芽孢杆菌发酵72 h后,再添加酵母和乳酸杆菌继续发酵,粗纤维下降率为27.95%,蛋白质含量为24.67%。     

提高玉米秸秆纤维素酶解率的预处理研究

[目的]比较使用不同预处理方法对媒介纤维素水解率的影响.[方法]用稀酸法、稀碱法、亚钠法对玉米秸秆进行预处理,再用纤维素酶对玉米秸秆中纤维素进行水解.[结果]在50℃、pH为4.8、固液比为1:30、酶浓度为2.7g/L、反应时间为24h的条件下,可获得较理想的酶解率.经亚钠预处理后的玉米秸秆,纤维素含量上升最多,酶解率最高,亚钠预处理后的酶解率达到39.07;,是未经处理的秸秆酶解率(9.8;)的4倍.[结论]预处理破坏了玉米秸秆的纤维素结构.采用亚钠法-酶法结合工艺处理玉米秸秆进行纤维素酶解可显著提高酶解率.     

细微化对玉米淀粉结晶结构和糖化效果的影响

通过行星式球磨机对玉米淀粉进行湿法细微化处理,并采用双酶法对玉米淀粉进行糖化,调查细微化对玉米淀粉结晶结构和糖化效果的影响。显微镜观察和X-射线衍射分析表明,玉米淀粉颗粒在湿磨1 h以后转变为非晶态;湿磨可消除液化反应对玉米淀粉酶解葡萄糖收率的影响,无液化反应时,湿磨1 h玉米淀粉的葡萄糖收率为99.5%,远高于原玉米淀粉的41.6%,在70℃的条件下液化,液化时间的长短对湿磨1 h玉米淀粉和原玉米淀粉的葡萄糖收率的影响较小,葡萄糖收率均维持在99%左右。由此可见,对玉米淀粉进行湿磨可使淀粉颗粒非晶态化,消除液化反应对淀粉酶解葡萄糖收率的影响。     

黑曲霉发酵玉米秸秆产纤维素酶的研究

为了优化霉菌产酶条件,获得较可靠的酶活性测定结果,采用两种酶活性测定方法,选用黑曲霉菌株,在配料中添加磷酸二氢钾等单因素试验的基础上,又进行了复因素试验,选出黑曲霉产纤维素酶的最佳添加物组合,最后测定发酵物的主要营养成分。结果表明,玉米秸秆中加入1.8倍的水,添加磷酸二氢钾0.25%、硫酸铵1.00%~1.25%、蔗糖0.50%,可以使黑曲霉菌株产CMCase、FPase酶活性达到最高;玉米秸秆经黑曲霉菌株发酵后粗蛋白提高了1.2倍,而粗纤维、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维分别下降了34%、19%和23%左右;利用CMCase、FPase酶活性两种方法评价黑曲霉菌株产纤维素酶的能力是可行的,整个实验中从CMCase法和FPase法得出的结论基本一致,且FPase法操作步骤简单,成本低,较CMCase法精确度高。     

玉米杆好氧发酵后沼液营养成分的变化

以玉米杆废弃物为研究对象,利用好氧发酵堆肥方式,对其处理前后沼液营养成分进行分析。结果表明,与空白对照相比,处理后发酵沼液营养成分丰富,其中腐植酸增幅达123.7%,五氧化二磷降幅达63.3%;处理后腐殖酸含量显著增加,同时好氧发酵过程消耗大量的磷。     

发酵和酶解共处理玉米秸秆研究

[目的]探究发酵和酶解共处理玉米秸秆效果。[方法]利用有效微生物发酵玉米秸秆,并对发酵后玉米秸秆进行酶解。采用单因素法,考察温度、pH值、酶与底物比、处理时间对酶解效果的影响。[结果]发酵和酶解单独处理玉米秸秆,效果均不理想;有效微生物群可以软化秸秆,利于酶解。在温度为50℃、pH值为4.8、酶与底物比为15g/kg、处理时间为72h的条件下,纤维素酶酶解发酵后的秸秆所得总糖有较大幅度提高,还原糖提高较小。[结论]该研究为玉米秸秆综合利用及饲料开发提供了试验依据。     

化学预处理对牧草酶解糖化发酵效果的影响

[目的]研究化学预处理对高丹草、沙打旺、御谷和紫花苜蓿酶解糖化发酵效果的影响,评价4种牧草的能源性。[方法]用不同质量分数的硫酸预处理牧草,测定处理前后纤维素、半纤维素和木质素的含量以及不同发酵时间后的葡萄糖浓度和乙醇浓度。[结果]预处理后,牧草的纤维素含量上升,半纤维素和木质素的含量下降。在柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液体系（pH=4．8）中,经1．0％（W／V）稀酸预处理后,4种牧草的乙醇提取浓度均最高。发酵过程中,葡萄糖浓度和乙醇浓度均先增加后降低,分别在发酵后24和48h达到高峰。[结论]预处理促进了紫花苜蓿、高丹草、御谷、沙打旺的酶解糖化发酵,4种牧草的能源性依次降低。