液氨预处理对农作物秸秆化学结构及酶解效果的影响

  目的  探索液氨预处理(liquid ammonia treatment，LAT)对生物质原料水解顽抗性和纤维素类生物质酶解效率的影响。  方法  采用LAT法对小麦Triticum aestivum秸秆(以下称麦秸秆)、高粱Sorghum bicolor秸秆、苜蓿Lotus corniculatus草及三者混合物(质量比为1∶1∶1)进行预处理，利用热重分析仪、傅里叶变化红外光谱仪、X-射线衍射仪和扫描电镜等对其预处理前后的化学结构变化进行表征，研究预处理温度和酶解时间对4种原料中葡聚糖和木聚糖的酶解转化率的影响。  结果  LAT预处理对生物质原料的化学结构影响显著。经LAT预处理后，葡聚糖、木聚糖和阿拉伯糖等化学组分的相对含量降低；氧(O)和氢(H)元素的相对含量降低，部分含氢(H)、氧(O)元素的官能团发生脱落；结晶度出现小幅下降，生物质表面孔隙结构增多，酶在生物质化学结构上的可及度增加。麦秸秆和混合物的最佳预处理温度为90 ℃，苜蓿草和高粱秸秆的最佳预处理温度为110 ℃；随酶解时间延长，4种原料中葡聚糖和木聚糖的酶解率都增加；葡聚糖的最大酶解率从大到小为麦秸秆、混合物、高粱秸秆、苜蓿草，木聚糖的最大酶解率从大到小依次为高粱秸秆、麦秸秆、混合物、苜蓿草。  结论  LAT预处理可以提高木质纤维素生物质尤其是麦秸秆和高粱秸秆的酶解效率。图8表2参24     

用于乙醇生产的‘热研4号’王草石灰预处理条件优化研究

【目的】提高‘热研4号’王草Pennisetum purpureum×P.americanum cv.Reyan No.4生产乙醇的转化率.【方法】采用石灰进行预处理,对时间、温度、石灰用量、固液比4个因素进行单因素和正交优化试验分析.【结果和结论】最优预处理条件为:时间3 h,温度125℃,原料的石灰用量0.15 g·g-1,固液比(m∶V)1∶12(g·mL-1).此时‘热研4号’王草的干基失质量率、木质素移除率、半纤维素移除率和纤维素移除率分别为28.1%、65.4%、37.5%和6.1%.预处理的‘热研4号’王草经酶解后,半纤维素、纤维素和总酶解得率分别为43.5%、85.7%和55.2%,比未经处理的酶解得率分别提高了18.1、4.5和4.4倍.此外,影响酶解得率的主要因素是预处理时间和温度,其次是石灰用量和固液比.     

碱性预处理对稻草秸秆酶解的影响

以稻草秸秆为原料,弱碱性预处理后进行酶解糖化,对预处理前后的稻草秸秆进行扫描电镜观察,研究预处理条件对稻草秸秆半纤维素、纤维素、木质素含量及损失率的影响,通过酶解还原糖的释放量来判断预处理的效果.结果表明:碱性预处理降低了稻草秸秆中木质素的含量,提高了纤维素的含量,增加了纤维素酶与底物的酶解可及度,促进了稻草秸秆酶解糖化.经2.0%NaOH、60 ℃、固液比1﹕12处理24 h后的稻草秸秆,在pH5.0、加酶量31.2 mg/g、45 ℃条件下酶解120 h的还原糖达到了790.3 mg/g,糖化率为81.01%.扫描电镜观察显示,经碱性预处理过的稻草秸秆孔隙度增大,机械组织暴露,酶解的有效比表面积增大,酶解速率加快.     

氢氧化钙预处理对椪柑皮纤维素酶解产糖的影响

在纤维素生产燃料乙醇的过程中,原料的预处理是一个关键环节。采用氢氧化钙对原料椪柑皮进行预处理,研究了预处理中氢氧化钙的浓度、固液比、温度及时间等因素对后续酶解产物糖含量的影响。通过正交试验得出优化预处理的工艺条件为:用氢氧化钙饱和溶液,在固液比1∶30(g/mL),温度70℃下处理时间24 h,经纤维素酶分解后的糖含量可达到11.44%。     

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.     

秸秆预处理对纤维素酶水解效果的影响

采用高温高压、稀酸、稀碱和液氨4种方法对玉米秸秆进行预处理,提高了纤维素酶对秸秆纤维的可及度.结果表明,稀碱预处理的效果较好,通过正交试验,确定了稀碱预处理的最适条件为1%NaOH、15℃、固液比1∶20条件下预处理72 h,秸秆纤维素的酶解率达到73.5%,半纤维素损失率为33.1%.     

碱处理中温度对不同底物特性木质纤维素结构及酶解的影响

为研究碱法预处理中温度对不同底物特性的木质纤维素结构及酶解效率的影响,选用柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii Kom,简称CKK,以下简称柠条)、水稻秸秆、小麦秸秆为原料,用NaOH溶液分别在常温和高温条件下进行预处理;通过扫描电镜(简称SEM)分析、傅立叶转换红外光谱(简称FTIR)分析、X-射线衍射(简称XRD)分析等分析预处理后木质纤维素的表面形态、化学成分及结晶度的变化,并用纤维素酶对预处理后的木质纤维素原料进行酶解糖化试验。SEM和成分分析结果表明,NaOH溶液碱处理能有效去除木质纤维素的木质素成分,破坏致密的物理结构;FTIR图谱表明,经NaOH溶液处理后,柠条、水稻秸秆和小麦秸秆的木质素结构受到一定程度的破坏,羟基、亚甲基、甲氧基和酯键等部分官能团发生断裂;XRD分析和酶解结果显示,碱处理能破坏木质纤维素原料中的结晶区,增大原料的孔隙率和内表面积,从而增加纤维素酶的可及性和酶解转化率,经过24 h酶解后,高温下碱处理能使水稻秸秆葡聚糖的转化率高达94.87%;其中,温度又作为一个重要的因素影响NaOH溶液碱处理的效果,当温度升高时,NaOH溶液碱处理对木质素的去除效果更好,对底物的物理结构破坏更严重,因此升高温度会促进NaOH溶液碱处理的作用效果。     

玉米芯木糖-纤维素酶法分级工艺研究

[目的]对玉米芯木糖-纤维素酶法分级工艺中的稀酸预处理、蒸煮预处理和木聚糖酶解工艺进行优化。[方法]以干燥的玉米芯为原料,先进行稀酸-蒸煮预处理,研究不同因素对木糖得率的影响,然后再对物料进行木聚糖酶酶解。[结果]得到的玉米芯酸预处理优化工艺为:固液比1∶10 g/ml,H2SO40.5%,水浴70℃,处理2.0 h,木糖的损失率为4.72%,木糖酶解得率为30.03%。酸预处理后玉米芯残渣蒸煮预处理条件为:固液比1∶10 g/ml加入水,在120℃预水解2.0 h,蒸煮液木糖得率为54.77%,总酶解得率为69.11%。酶水解条件:pH 5.0,加酶量2 800 IU/g玉米芯,50℃水解36 h,总酶解得率83.41%。[结论]玉米芯蒸煮预处理能提高木糖的得率,单一用稀酸预处理再酶解得到木糖的得率并不理想。     

磷酸预处理对小麦秸秆酶解糖化的影响

为提高小麦秸秆木质纤维素的能源化利用效率,在常压温和条件下用磷酸对小麦秸秆进行预处理,研究了预处理秸秆颗粒度、固液比、温度、时间对小麦秸秆酶解糖化率的影响,并用扫描式电镜分析了预处理前后小麦秸秆结构的变化.结果表明,在小麦秸秆颗粒度60目、固液比1.0∶8.5、温度70℃、处理时间1.0h的预处理条件下,小麦秸秆酶解糖化率50 min时从25.4％(未预处理)提高到70.3％(预处理).SEM分析表明,经磷酸预处理后小麦秸秆崩解为碎片,为后续的酶解糖化提供了良好的条件.     

氨水低温冻融联合预处理对高粱 秸秆酶解产糖的影响

【目的】降低预处理成本、提高秸秆预处理后的酶解效果,模拟自然界低温环境并结合氨水对高粱秸秆进行预处理。【方法】通过单因素试验分别探究氨水低温冻融预处理中浸泡液的液固质量比、冷冻温度、冷冻时长、氨水质量分数对高粱秸秆酶解的影响,采用正交试验对预处理条件进行优化,对预处理前后高粱秸秆的成分采用范式法测定,物理化学结构用红外光谱和X射线衍射分析。【结果】单因素试验中,浸泡液的液固质量比、冷冻温度、冷冻时长和氨水质量分数在不同水平下均显著提高了高粱秸秆酶解还原糖的产量(P0.05)。正交试验最优预处理条件为浸泡液的液固质量比12,冷冻时长12 h,冷冻温度-10℃,氨水质量分数8%。相较于未进行预处理的秸秆,氨水低温冻融处理的秸秆半纤维素含量下降42.42%;木质素含量下降50.76%;秸秆的还原糖产量为302.87 mg·g-1,较未预处理组提高了80.34%;纤维素结晶度提高了57.02%。【结论】氨水低温冻融预处理能有效破坏高粱秸秆木质纤维素间原有的连接结构,溶解半纤维素,木质素的单体和聚合结构被破坏,提高了高粱秸秆的酶解还原糖得率以及纤维素结晶度。     

3种化学预处理下水葫芦和甘蔗渣的酶解产糖

采用2%(m/V)H2SO4(稀酸)、2%NaOH(稀碱)和1%H2O2+2%NaOH(氧化+稀碱)3种化学方法对水葫芦秸秆和甘蔗渣进行预处理后酶解,分析预处理后各样品主要化学组分含量变化及其去除率与酶解效果之间的关系。结果表明,对水葫芦来说,3种预处理后的酶解产糖率差异不大,而对甘蔗渣来说,稀碱和氧化+稀碱预处理下的酶解产糖率显著高于稀酸预处理下的产糖率,并高于3种预处理后水葫芦样品的酶解产糖率,显示出甘蔗渣作为产糖原料的优越性。经预处理后的样品酶解产糖率与纤维素含量及木质素和灰分的去除率成正比。氧化+稀碱预处理后甘蔗渣样品在12h的还原糖产率达81.54%,该预处理温度较低,原料利用率较高,是一种有效的预处理方法。     

酸酶法降解稻草纤维素工艺条件优化

以稻草秸秆为纤维素原料,利用稀盐酸对其进行预处理,再用烧碱调节起始pH值,利用自制纤维素酶液进行酶解,得出稻草纤维素降解糖化的较优工艺条件,并进行了最优降解条件纤维素水解液发酵产乙醇的初步试验.结果表明:稻草秸秆在盐酸浓度2.5％、温度126℃、固液比(g/mL)1:3的条件下处理1h后,在温度为55℃、起始pH值为5...     

离子液体提取稻草木质素可有效促进纤维素酶解

为研究离子液体预处理对木质纤维素糖化的影响,用离子液体1-烯丙基-3-甲基咪唑盐酸盐([Amim][CI])预处理稻草粉,结果发现处理后酶解得糖率显著提高.采用正交试验得到的最优木质素提取工艺条件为固液比350g/kg,提取温度90℃,提取时间12 h,粒度40目;有利于酶解的最优工艺条件为固液比250g/kg.根取温度90℃,提取时间12 h,粒度40目.所用离子液体重复使用9次后,酶解效果与木质素提取率几乎不变,可以大幅度降低预处理成本.     

蒸汽爆破维压时间对胡枝子成分、结晶度及酶解糖化的影响

为研究爆破维压时间对胡枝子原料化学成分、结晶度的影响，采用蒸汽爆破预处理方法，以胡枝子为原料，在爆破压力为2.25 MPa，爆破维压时间为2、3、4、5、6、10 min的条件下进行试验。结果表明:蒸汽爆破处理后纤维素、木素含量变化不大，而半纤维素含量显著降低；蒸汽爆破处理后的物料结晶度比未处理的木质纤维素原料提高了60.67%。以胡枝子为酶解糖化原料，考察了温度、时间、用酶量、底物浓度4个影响因素，得到了最佳的条件为:温度46℃、时间60 h、用酶量80 U、底物浓度5%。在此条件下，对比了原料与不同蒸汽爆破维压时间处理后胡枝子物料的酶解糖化率。结果表明:蒸汽爆破预处理可使糖化率提高约2.8倍，达到84%，极大地提高了纤维素酶的可及度，是一种有效的预处理方法。      

纤维素酶预处理小麦秸秆制备乙酰丙酸的效果研究

以小麦秸秆为原料,采用纤维素酶进行预处理,然后酸水解制备乙酰丙酸.探讨了预处理温度、时间、酶解液用量及原料粒度对乙酰丙酸得率的影响.研究结果显示:预处理可有效地促进小麦秸秆的降解,提高乙酰丙酸的得率.在预处理温度为56.27℃、预处理时间为6.31h、酶解液用量为31.6 U/g、原料粒度为70目时,乙酰丙酸的得率比相同条件下没有进行纤维素酶预处理的试样提高了5.83百分点.     

水热-乙醇提取处理玉米秸秆促进酶解效率

针对水热预处理不能明显移除木质素、木质素在较高温条件下从细胞壁中分解游离并重新聚合的特点, 采用水热-乙醇提取处理玉米秸秆, 与水热预处理的效果进行了对比, 并对乙醇过程进行了优化。结果表明:水热-乙醇提取能够移除部分木质素, 提高预处理后固体中纤维素含量以及纤维素的酶解效率, 水热-乙醇提取后秸秆的木质素移除率随水热预处理温度的增加而增大。乙醇提取的较优工艺条件是液固比25、室温、120 r·min^-1,提取10 h.经210 ℃、20 min预处理的秸秆再经乙醇提取后, 酸不溶木质素含量由30.5%下降为18.2%,纤维素含量由62.2%提高到73.6%,酶解率为93.2%(15 FPU·g^-1纤维素),酶解时间由48 h缩短至24 h.     

复合溶剂预处理对葵花秆木质素去除率和结构的影响

采用NaOH、乙醇复合溶剂对葵花秆进行预处理,通过单因素试验研究了反应时间、温度、固液比、溶剂质量分数及复合溶剂比例对葵花秆木质素去除率的影响,然后利用正交试验法对预处理条件进行优化,得到最佳预处理条件为温度170℃,2%NaOH和70%乙醇的复合溶剂体积比为2∶1,固液比1∶25(g∶m L),反应时间1 h,该条件下木质素去除率为53.75%。酶解试验表明,木质素去除率越高,葡萄糖产率越高。最后通过红外光谱、扫描电镜对预处理前后的葵花秆进行结构分析,发现预处理后的葵花秆结构遭到破坏,出现不规则的裂痕,木质素与半纤维素之间的结构被破坏,暴露出更多的纤维素和半纤维素。     

木质纤维素发酵转化乳酸研究进展

木质纤维素转化乳酸的重要环节包括木质纤维素原料预处理、纤维原料水解和乳酸发酵。现阶段发酵生产乳酸存在的主要问题有原料利用率低、酶用量大、产物浓度低以及产品不易分离等,对这些问题进行了分析并提出解决方法。     

黄粉虫胰蛋白酶酶解工艺的研究

以黄粉虫为原料,以水解度(DH)和水解多肽液的还原能力为指标,研究胰蛋白酶法制备黄粉虫多肽的工艺条件。通过单因素试验,初步确定pH、温度、酶用量、固液比的正交试验水平;在单因素试验基础上设计正交试验,分析各因素对酶解反应的影响及确定酶解反应的最佳工艺条件。结果表明:pH对酶解反应的影响最大,其次是温度和酶用量,固液比对酶解反应的影响最小;酶解的最佳工艺条件为:pH为8.5,温度为46℃,酶用量为1.8%,固液比为1∶10,酶解时间为4h,DH为13.223%。     

绿芦笋最佳酶解工艺条件研究

以绿芦笋为试材,采用纤维素酶进行酶解纤维素的研究。通过单因素试验和正交试验,确定了最佳的酶解条件。结果表明:在38℃,pH为4.5,酶用量为0.08%的条件下酶解35 min,可得最高出汁率为83.93%;采用微波预处理后酶解,对提高出汁率几乎没有效果;采用超声波预处理可提高出汁率,在功率为630 J,处理时间为30 min的条件下,出汁率达到87.67%。生产中采用超声波和纤维素酶联合作用,可获得较高的出汁率。