生物质制乙醇预处理方法的研究进展

【目的】为应对日益严峻的能源和环境污染问题,综述了木质纤维生物质制备乙醇的原料预处理方法,为广大科研工作者提供了该研究领域的最新研究进展,展望了可再生木质纤维原料高值化利用的新思路和新技术.【方法】查阅了国内外生物质原料预处理制备生物乙醇的主要研究方法,并进行了归纳总结,提出各种预处理方法存在的优缺点.【结果和结论】利用可再生的木质纤维生物质发酵制取乙醇得到了广泛的研究,由于木质纤维原料结构复杂,直接转化效率低,木质素和半纤维素水解产物对纤维素水解和发酵具有明显的抑制作用.木质纤维原料预处理是提高乙醇得率的有效途径,通过预处理,去除植物细胞壁中木质素和半纤维素组分,降低木质素和半纤维素水解产物对后续乙醇发酵的抑制作用,同时降低纤维素结晶度,提高原料的多孔性,从而提高纤维素酶对纤维素的水解效率.     

纤维素乙醇生物转化工艺的研究进展

以纤维素为原料生产乙醇主要包括预处理、水解和发酵三步重要的生物转化过程。由于纤维素原料本身的结晶度和难于降解性,木质纤维素原料生产乙醇,在水解之前要对原料进行物理法、化学法、物理-化学法和生物法等预处理才能获得较高的转化率;发酵工艺有直接发酵法、间接发酵法、混合菌种发酵法、同步糖化发酵法、非等温同步糖化发酵法和复合水解发酵工艺等。综述了纤维素转化为燃料乙醇的原料预处理方法、糖化发酵工艺以及不同预处理方法、发酵工艺优缺点及适合的原料范围,并提出了纤维素乙醇产业化亟待解决的关键技术,展望了纤维素燃料乙醇的产业化前景。     

麦秸饲料转化中木质纤维素软化技术研究

为解决秸秆饲料转化中消化率低的问题,开发秸秆分解软化技术,优先分解部分半纤维素,以小麦秸秆为原料,以半纤维素分解为特色的分解菌复合系为接种剂,对麦秸进行高温发酵分解,通过检测秸秆木质纤维素各成分的动态、发酵参数变化,以及PCR-DGGE为手段的微生物群动态监测,研究秸秆木质纤维素结构松散的规律。结果表明,经过高温发酵,秸秆中半纤维素显著降解,9d时半纤维素和纤维素分别分解了11.2%和9.3%在高温发酵过程中,微生物群以细菌为主体,真菌种类较少,且细菌群中以接入的分解菌复合系的组成菌占优势。说明向高温发酵体系中添加分解菌复合系可以有效促进发酵进程,使麦秸在发酵第9d时半纤维素的降解达到要求,有效地松散了秸秆结构。     

木质纤维素原料制备槐糖脂的研究进展

木质纤维素材料是地球上产量最多、分布最广的可再生资源,利用其制备高附加值平台化合物对解决能源危机和环境问题具有重要意义。文中对木质纤维素发酵生产槐糖脂工艺中的关键技术进行了阐述,即木质纤维素的预处理、酶的水解、水解液的脱毒和槐糖脂发酵参数的控制,分析总结了不同方法存在的优缺点以及发酵参数对槐糖脂产量的影响。最后,对利用木质纤维素发酵生产槐糖脂来降低成本的国内外研究进行了综述,以期为实现槐糖脂的工业化生产提供参考。     

木质纤维素草本植物边际土地可持续生产模式探究

基于边际土地长期规模化种植木质纤维素草本植物有利于解决我国非粮生物质原料可持续生产和供应问题。然而,由生物质原料集约化生产与边际土地生境所致的一些潜在问题会影响木质纤维素草本植物的可持续生产。基于京郊边际土地木质纤维素草本植物规模化示范种植实践,提出了种类筛选、保护性耕作、混合种植、水肥管理、杂草控制、生物质收获等一系列可持续生产技术,构建了木质纤维素草本植物边际土地可持续生产模式,展望了今后开展木质纤维素草本植物可持续生产技术研究的主要内容,以期为我国非粮生物质原料的可持续生产和供应提供理论支持与技术支撑。     

裂褶菌对玉米秸秆木质纤维素的降解作用

采用固体发酵工艺,通过测定玉米秸秆中木质纤维素的含量及发酵后玉米秸秆结构的变化,探究裂褶菌对玉米秸秆中木质纤维素的降解作用,并用气质联相色谱(GC/MS)对木质纤维素的降解产物进行分析。结果表明:裂褶菌可产生4种与木质纤维素降解相关的酶(纤维素酶、木聚糖酶、木素过氧化物酶和锰过氧化物酶),且在发酵48~72 h 4种酶活力均可达到最高值。扫描电镜、X射线衍射及傅里叶红外光谱结果显示,裂褶菌固体发酵对玉米秸秆表面结构、结晶度及基团均有显著影响。此外,GC/MS结果也证实,裂褶菌降解后的玉米秸秆产物中出现了小分子芳香族化合物、烃类、棕榈酸等产物。以上结果表明,裂褶菌对玉米秸秆木质纤维素具有较强的降解能力。     

糖化发酵在纤维乙醇生产中的应用研究进展

利用纤维类物质生产燃料乙醇已成为解决能源问题的重要方法。针对糖化发酵生产纤维乙醇的水解反应和发酵进程进行探讨,综述了木质纤维素生产乙醇的发酵方法、发酵菌种的选择、发酵抑制物及其去除方法,可为乙醇生产提供指导和借鉴。     

秸秆类木质纤维原料产甲烷潜力及动力学分析

为进一步了解木质纤维素类物料内部组成成分对其厌氧消化的影响,以及木质纤维素类物料在厌氧发酵过程中的产气特性,从而为其在工程上的利用提供依据,使大型沼气工程发酵物料的评估和利用达到标准化、科学化和高效化。以玉米秸秆、水稻秸秆、苜蓿秸秆为研究对象,采用中温批次厌氧发酵工艺,接种物与底物挥发性固体(VS)比为2∶1,发酵温度(37±0.1)℃且固体浓度为10%,研究各木质纤维原料厌氧生物转化甲烷的潜力(BMP),并利用修正Gompertz模型对原料累积产甲烷过程进行动力学分析。结果表明:玉米秸秆、水稻秸秆、苜蓿秸秆各原料发酵底物总固体(TS)浓度为10%时的单位质量挥发性固体(VS)生物甲烷产量分别为266.86,225.19,286.24mL·g~(-1),占各自理论生物甲烷潜力(TMP)的83.8%、66.4%、90.8%,BMP1%时的反应时间分别为28,32,26d。不同秸秆的产甲烷潜力与原料组分中木质素和无定形全纤维素的含量有较大关系。采用修正Gompertz方程对累积产甲烷曲线拟合,能较好模拟玉米秸秆、水稻秸秆、苜蓿秸秆的累积产甲烷变化过程,拟合方程的R2分别为0.998,0.984,0.990;动力学常数K和延滞期时间λ分别为0.122,0.101,0.065d-1和0.35,0.57,0.48d,为木质纤维原料的产甲烷潜力评估预测及实际沼气生产中原料的选择提供依据。     

纤维素酶转化木质纤维素生物质生产乙醇的研究进展

木质纤维素生物质是价廉易得、来源丰富的可再生资源和能源,被纤维素酶转化后可以生产乙醇部分替代石油,这不仅有利于环境保护和资源再利用,而且可减少温室气体的排放和缓解化石能源的危机。纤维素酶成本的降低以及纤维素转化效率的提高是纤维素酶转化木质纤维素生物质生产乙醇的关键。本文综述了纤维素酶转化木质纤维素生物质生产乙醇的研究进展,主要包括纤维素酶的分类及其作用机制、纤维素酶的生产、木质纤维素生物质的预处理、纤维素酶的转化和糖化发酵乙醇工艺。     

木质纤维素材料综合利用生物技术研究进展

木质纤维素生物质资源来源广、储量大、价格低廉、环保、可再生,在绿色循环经济的加速发展下,该类资源有望替代石油成为"工业的血液"。除了有利于能源、化工、材料、制造业等产业摆脱过度依赖石油的产业模式,实现新旧动能转换的优势外,木质纤维素资源的最大优势在于其天然化学物质组成的生物安全特性。目前木质纤维素的应用以纤维素工业为主体,受分离技术、加工工艺、原料成本等方面的制约,离成熟的大规模工业应用还有一定距离。生物技术在木质纤维素原料化过程中的运用较少,机理研究不够深入,处于基础研究阶段的木质纤维素生物利用技术还较多。概述了木质纤维素生物质资源开发的生物途径、利用模式和主要技术,从高值化生物精炼的角度阐述了生物转化在木质纤维素综合利用、深加工及高附加值产品开发领域的研究进展,探讨了木质纤维素基化学品、材料在新能源之外的其他领域如食品、药品、新材料制造等方面的应用可能性及高值化应用潜力,为木质纤维素资源的全面开发提供参考。     

乳酸发酵型莜麦饮料的制备工艺研究

[目的]制备一种乳酸发酵型莜麦饮料。[方法]以糖化后的莜麦汁为原料、乳酸菌为发酵菌种,探讨菌种驯化、接种量和发酵时间对乳酸发酵型莜麦饮料品质的影响。[结果]乳酸发酵型莜麦饮料的制备工艺为以糖化后的莜麦汁为原料,采用驯化后的乳酸菌为发酵菌种,接种量4%,在42℃下发酵6 h。[结论]该研究为莜麦食品的开发提供了科学依据。     

甘蓝汁乳酸发酵工艺研究

甘蓝榨汁经加工处理,进行自然发酵和人工纯接种发酵。发酵产品不添加化学防腐剂、色素、香精,得到营养丰富、有益于人体健康的饮料。本实验从不同来源的菌种筛选出适宜甘蓝汁发酵用的菌株,确定了菌种之间的组合和配比,探索了适于甘蓝汁乳酸发酵的最佳温度、时间、起始 pH 值,确定了发酵工艺。     

香菇莲藕乳酸菌饮料的研制

[目的]为香菇、莲藕的加工转化提供参考。[方法]以鲜香菇和鲜莲藕为主要原料,以凝固型乳酸茵饮料加工工艺为基础,研制香菇莲藕乳酸茵饮料,并通过正交试验确定香菇莲藕复合果蔬汁原辅料的最佳配比和最佳发酵条件。[结果]香菇莲藕复合果蔬汁原辅料的最佳配方为：香菇汁23％,莲藕汁58％,脱脂奶粉10％,白砂糖6％;最佳发酵条件为：发酵温度42℃,发酵时间8h,接种量2．8％。此工艺条件下生产的产品呈乳白色,酸甜爽口,香味浓郁,既具有莲藕的清香,又保存了香菇的营养价值,可达到营养互补,保健增效的效果。[结论]该研究研制出了一种色香味俱佳的复合果蔬汁乳酸菌饮料。     

玉米芯发酵饲料的初步研究

为探讨玉米芯综合利用的潜力,以玉米芯中分别加入豆粕、花生粕、麸皮和玉米粉为发酵原料,选用酵母菌、乳酸菌、枯草芽孢杆菌、黑曲霉进行单菌和混合菌固态发酵。结果表明,纯玉米芯在自然条件下,好氧发酵有利于提高粗蛋白质的含量,厌氧发酵有利于提高还原糖的含量;玉米芯中加入蛋白质源饲料辅料(花生粕和豆粕)后,酵母菌和乳酸菌混合厌氧发酵有利于提高粗蛋白质的含量,黑曲霉好氧发酵有利于提高还原糖的含量;玉米芯中加入能量饲料辅料(麸皮和玉米粉)后,黑曲霉发酵有利于提高粗蛋白质的含量。     

乳清发酵法制备乙酸

[目的]研究一种新的两步厌氧发酵法用于从乳清制备乙酸。[方法]以乳清为原料,通过两步发酵法制备出乙酸。在第1步发酵过程中用植物乳杆菌（1.215 8）将乳清中的乳糖发酵成乳酸,在第2步发酵过程中用丙酸杆菌（1.2130）将乳酸发酵成乙酸与丙酸,二者用气相色谱法进行分离,并进行定性与定量分析。[结果]在发酵的第1步过程中,乳酸的转化率达到47.47%;在发酵的第2步过程中用气相色谱仪成功地将乙酸与丙酸进行了分离,分离的乙酸转化率达到5.643%;乙酸浓度在1～8 mg/ml范围内时,乙酸进样量与色谱峰面积呈良好的线性关系,方程的相关系数R=0.999 4,回收率为102.7%。[结论]利用该方法从乳清制备乙酸,不仅能合理开发利用乳清,而且还能降低乙酸生产成本,具有良好的开发前景。     

花生红枣复合发酵功能饮料的研制

以花生仁、红枣、冰糖为原料,将花生仁、红枣分别制成花生浆和枣浆后按一定比例混合成“混浆”,加入冰糖溶解混匀,接种经驯化的乳酸混合菌进行乳酸发酵,由正交试验筛选出混浆发酵的冰糖添加量、接种量、发酵温度及花生浆∶枣浆值,制成具有独特的营养与保健功能且风味诱人的饮料。     

杨桃黄瓜复合汁乳酸菌发酵饮料的研制

[目的]研究了杨桃黄瓜复合汁乳酸菌发酵饮料的制作工艺。[方法]以杨桃和黄瓜为主要生产原料,以保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌为发酵菌种,经驯化使其适应杨桃黄瓜复合汁的生长环境,并通过正交试验确定杨桃黄瓜复合汁乳酸菌发酵饮料的最佳发酵条件和最佳口感调配方案。[结果]最终确定最佳发酵条件为：杨桃汁：黄瓜汁=4：1（W／W）,脱脂牛乳添加量为10％（V／V）,接种量6％（V,发酵温度为42℃,发酵时间16h;最佳口感调配方案为：蔗糖4．0％（W／W）,柠檬酸0．2％（IV／W）,杨桃汁5．0％（W／W）。[结论]产品具有较大的开发价值和市场前景。     

纤维素生物质同步水解法与其他方法制备乳酸的比较

乳酸是一种极具发展潜力的精细化学品,需求量仅次于柠檬酸。目前以纤维素生物质为基质生产乳酸的方法是生产乳酸的重要发展方向。同步水解技术生产乳酸克服了现有的使用纤维素酶水解制备乳酸等方法成本高、发酵菌种有待进一步筛选及发酵条件的控制等难点,具有明显的优势。     

牛蒡乳酸菌发酵饮料研究

[目的]研究并优化牛蒡乳酸菌发酵饮料的工艺条件,为牛蒡的深加工利用提供参考。[方法]以牛蒡为原料,经去皮、切片、护色、烫漂、匀浆、酶解、抽滤、发酵、调配、灭菌等工序加工牛蒡发酵饮料,采用单因素和正交试验优化牛蒡乳酸菌发酵饮料的最佳工艺条件。[结果]试验得到制作牛蒡乳酸菌发酵饮料的最优工艺条件:白砂糖为牛蒡原汁的8%,酸奶(乳酸菌)为牛蒡原汁的15%,发酵时间为8h,发酵温度为45℃。[结论]在该试验工艺下研制出的牛蒡乳酸菌发酵饮料营养丰富,风味独特。     

黄绿玉米秸杆青贮酶菌制剂的性质及扩繁培养

该试验主要是根据青黄玉米秸秆原料乳酸菌附着数量少,发酵效果差,青贮品质等级低等进行乳酸菌添加剂的研究。试验主要完成酶、菌制剂的筛选,扩繁。筛选出的乳酸菌种为：Enterococcue, Leuconostoc, Labtococcus,Streptococcus等乳酸球菌和 Lacto illus属的乳酸杆菌。添加该种乳酸菌不仅改善青贮发酵品质,而且也减少了发酵损失。