稀酸预处理玉米秸秆共发酵产乙醇抑制物的来源探究

针对己糖(葡萄糖)、戊糖(木糖)共发酵产纤维素乙醇抑制物控制的关键性瓶颈,分别以玉米秸秆及玉米秸秆中非木质素的4类组分纤维素、半纤维素、热水提取物和乙醇提取物为原料,并以0.75%稀硫酸和180℃预处理40 min得到5种稀酸预处理液。以60 g/L葡萄糖和30 g/L木糖为碳源,分别添加上述稀酸预处理液,比较了5种预处理液对休哈塔假丝酵母(Candida shehatae)共发酵产乙醇的影响,并探究主要抑制物来源。结果表明:133 g/L全玉米秸秆稀酸预处理的降解物会完全抑制C.shehatae糖代谢和共发酵。在玉米秸秆稀酸预处理过程中,4类非木质素组分降解物均会导致乙醇得率下降,其中100 g/L纤维素降解物完全抑制木糖的发酵,半纤维素降解物同时抑制葡萄糖和木糖的发酵,甚至对酵母产生致死毒性,热水提取物和乙醇提取物降解物延滞糖利用和酵母生长。玉米秸秆共发酵产乙醇抑制物主要来自于纤维素和半纤维素在稀酸预处理中的降解反应,主要为甲酸、乙酸、乙酰丙酸、5-羟甲基糠醛和糠醛,同时还存在着其他降解产物的毒性或协同毒性。     

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.     

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...     

酸催化水解生物质产乙酰丙酸的现状分析

从原料来源、制备步骤和反应器、催化作用机理3个方面分析了酸催化水解生物质产乙酰丙酸的研究现状,尤其在作用机理方面,首先分析了从纤维素制糖类再制5-羟甲基糠醛,5-羟甲基糠醛制乙酰丙酸,葡萄糖直接制乙酰丙酸的机理,以及稀盐酸和稀硫酸环境中微晶纤维素制乙酰丙酸的动力学;然后深入分析了典型生物质在稀酸中的降解动力学及机理,为学者开展生物质产乙酰丙酸的研究提供信息,有利于学者进行选择性研究。     

杏壳半纤维素的结构表征与热解产物特性

【目的】研究杏壳半纤维素的结构组成、微观形貌以及其热解特性和产物生成规律,为杏壳热化学利用提供理论基础。【方法】采用碱抽提和乙醇纯化方式分离杏壳半纤维素,基于红外光谱、核磁共振、扫描电子显微镜对其结构组成和微观形貌进行表征,利用热重分析、热重红外连用分析杏壳半纤维素的热解特性。【结果】从杏壳中分离出半纤维素的得率为29.44%,红外光谱特征吸收峰主要集中在1 620～600 cm^-1范围内,半纤维素成分以吡喃环结构的木糖为主。核磁共振图谱表明,杏壳半纤维素是以β-D-吡喃木糖形成的木聚糖为主链,在木糖基的C-2位连接4-O-甲基-α-D-葡萄糖醛酸,C-3位连有α-L-呋喃阿拉伯糖。扫描电子显微镜分析显示,半纤维素存在团聚现象,微观形态呈堆砌状的近似球形结构,半纤维素结构有一定的破坏。杏壳半纤维素的主要热解温度范围为210～380℃,在240℃出现一个肩状峰,在308℃出现最大失重尖峰,失重过程在600℃左右结束,800℃时热解残炭量为25.33%。杏壳半纤维素热解时各产物析出量在310℃时达到最高,小分子气体产物主要有CO_2、CO、CH_4,且CO_2和CO量远高于CH_4。【结论】杏壳半纤维素得率为29.44%,是以β-D-吡喃木糖形成的木聚糖为主链,呈堆砌状的近似球形结构,热解产物以CO_2、CO及乙酸、糠醛、丙酮等为主。     

葡萄糖在甲酸体系中的降解研究

考察了55、65和75℃、反应时间0～2h条件下葡萄糖在甲酸体系中的降解情况,在甲酸中仅少量降解,在盐酸、甲酸溶液中降解较为剧烈。通过GC-MS分析75℃、反应时间4h,葡萄糖在含不同盐酸质量分数的甲酸体系中的降解产物,结果表明,在88%甲酸溶液中的主要降解产物是1,3-二羟基-2-丙酮和羟基乙醛,其降解途径是C-4位上的羟基质子化形成碳正离子的重排反应。在4%、8%盐酸、甲酸溶液中的主要降解产物是5-羟甲基糠醛,其降解途径是C-2位上的羟基质子化形成碳正离子的重排反应。     

毛竹竹青和竹黄半纤维素的提取与结构表征

以毛竹加工剩余物为原料,分离出竹青和竹黄。经粉碎过筛、苯/乙醇脱蜡和次氯酸钠脱木质素3个过程得到相应的综纤维素,然后用1%、5%和10%的KOH依次提取综纤维素得到半纤维素,竹青、竹黄半纤维素的总提取率分别为81.74%和85.36%。对所提取的半纤维素进行成分分析、分子量测定、红外光谱和核磁共振分析,结果表明,竹青、竹黄半纤维素成分主要为木糖,分别占61.02%~73.76%和65.22%~80.00%。竹黄半纤维素的重均分子质量为44 870~48 560 g/mol,高于竹青半纤维素的重均分子质量(43 970~46 245 g/mol)。竹青、竹黄碱溶半纤维素都是典型的阿拉伯糖基木聚糖结构,主链为β-D-吡喃木糖形成的木聚糖,在木糖基的C-2位连接着4-O-甲基-α-D-葡萄糖醛酸,C-3位连有α-L-呋喃阿拉伯糖,同时部分木质素通过苯苷键与半纤维素中的糖基相连。     

超低酸高温催化葡萄糖醇解产物的分布规律

以葡萄糖为原料,硫酸(≤0.1%)为催化剂,研究了在乙醇、乙醇/共溶剂体系中催化葡萄糖醇解的产物分布规律。在葡萄糖质量浓度20 g/L,反应温度200℃,硫酸质量分数0.1%的条件下反应120 min,液相主要产物为乙酰丙酸乙酯(EL),得率40.46%。比较9种乙醇/共溶剂体系对葡萄糖醇解的影响,选择正己烷作为共溶剂进一步考察了乙醇/正己烷对葡萄糖醇解过程的影响,结果表明产物分布规律与其在乙醇溶剂体系中相似,正己烷的引入不能有效提高EL的得率,但有利于中间产物5-乙氧基甲基糠醛(EMF)的积累,并减弱其进一步水合生成EL。反应温度低或高温反应时间较短时,有利于葡萄糖转化生成乙基葡萄糖苷(EG);适当提高反应温度,延长反应时间,有利于EL的生成。在整个反应过程中乙酰丙酸(LA)和5-羟甲基糠醛(HMF)的生成量较少,根据产物分布规律,提出了葡萄糖在乙醇/正己烷中超低酸催化降解的反应路径。     

热水预处理生物质原料及其生物转化研究进展

在能源问题日益紧张的时局下,寻求可再生清洁能源是亟待解决的关键问题。由农林废弃物转化获得新能源、新材料已经成为重要的发展趋势,其中生物乙醇作为环保、可持续的新型能源得到了广泛关注。预处理作为生物乙醇制备的第一个重要环节备受重视,传统化学预处理技术能量消耗大、对设备要求高、半纤维素降解严重且对环境造成污染,没有充分考虑半纤维素和木质素的高值化回收利用,单一化降解纤维素使得经济利用价值很低;生物预处理作为一种环境友好和低成本的预处理技术,也存在着转化效率低、作用周期长和碳水化合物损失严重的缺点。热水预处理通过条件参数优化可在尽量保留天然大分子原位结构的基础上,一定程度地破坏植物细胞壁的致密结构,且仅利用水作为反应试剂,具有无化学药剂使用、对环境友好、操作成本低等优点,其对生物质细胞壁的主要作用为使木素-碳水化合物复合体(LCC)连接键断裂并除去部分半纤维素,使木质素性质发生改变并进行再分配,且在一定程度上降低了纤维素的聚合度。热水预处理过程中生成的糠醛、5-羟甲基糠醛、甲酸、乙酸等产物,会对生物降解产生抑制作用,可以通过优化条件来控制其含量。酶解过程是指利用纤维素酶及其辅助酶将预处理后的纤维素降解为可发酵单糖,若直接将预处理后的产物进行发酵则需要较长时间且仅能获得极低浓度的乙醇。酶水解过程中由于半纤维素和木质素的保护作用,阻碍了纤维素酶与纤维素底物的接触,而预处理过程则会削弱或完全破坏这种阻碍作用,增大酶与纤维素的接触面积使酶解效率提高。提高预处理温度会使乙醇发酵得率提高,但是预处理温度过高会导致纤维素降解从而使乙醇得率降低。本文对热水预处理过程中纤维素、半纤维素、木质素物理化学性质的改变和处理过程中抑制物的转化生成进行总结,分析比较在不同预处理条件下生物质中各主要组分和降解产物不同程度的变化及其对后续酶水解、酵母发酵的影响。     

蔗糖脱水制备5-羟甲基糠醛的研究

研究了Brnsted-Lewis复合催化体系催化蔗糖脱水制备5-羟甲基糠醛,考察了反应条件对5-羟甲基糠醛收率的影响,最佳反应条件为:蔗糖2.0 g,复合催化体系HCl-CrCl3(质量比5∶1)0.8 g,二甲基亚砜20 mL,反应时间30 min,反应温度200℃。在上述较佳反应条件下,蔗糖转化率为100%,5-羟甲基糠醛的收率达72.7%。此外,CrCl3对产物5-羟甲基糠醛具有良好的稳定性,在一定程度上可避免产物继续发生水合/脱羧反应而生成甲酸和乙酰丙酸。     

低丘红壤退化类型对杨树生长的影响

为探讨四纪红土红壤退化特性及其对杨树生长的影响，通过田间试验进行 未退化较轻度退化、中度退化的四纪红土红壤的田间持水量高21．62％，48．08％；贮水库容总贮量高27．96％，84．15％．其土壤营养总贮量损失率分别为0,33．6％和79．6％。红壤上3a杨树生长高度分别为7．65、4．9和2．65m。不同退化类型，其土壤物理、化学、生物指标差异极显著，对杨树生长影响很大。杨树能在未退化红壤上生长。     

中国湿地资源的退化及其原因分析

由于长期以来湿地的效益和功能并未得到社会公众和政府部门的重视 ,造成湿地的盲目开发 ,湿地面积和湿地资源日益减少 ,使中国湿地面临着退化的严重威胁。以三江平原、长江中游湖泊湿地等湿地资源退化为例说明了中国湿地资源的退化 ,并分析了目前湿地资源退化的主要原因。在此基础上 ,提出了我国湿地资源保护的主要对策。     

中国湿地退化状况评价指标体系研究

选取不同类型退化湿地的典型退化指标,如湿地面积变化率、水源补给状况、地表水水质、濒危物种数和种群数量变化率、植被覆盖变化率等作为湿地退化状况的评价指标,将湿地的退化程度划分为4个等级:未退化、轻度退化、重度退化和极度退化,并对10处滨海国际重要湿地和22处内陆国际重要湿地的退化状况进行了评价。评价结果表明,2个湿地是严重退化,1个湿地是轻度退化,其余29个湿地是未退化。     

松林生态系统退化评价及其与马尾松毛虫灾害关系的研究

通过对长沙县丘陵区马尾松林生态系统进行调查研究,选取生物途径、生境途径以及生态系统功能途径3个诊断途径,采取多途径综合诊断的方法对丘陵区马尾松林生态系统退化程度进行诊断,确认其退化程度,在此基础上分析松林生态系统退化程度与马尾松毛虫灾害的关系。结果表明马尾松毛虫灾害发生程度与生态系统退化程度关系密切。生态系统退化越严重的地区,马尾松毛虫灾害越严重,退化较轻的地区,马尾松毛虫灾害较轻或不发生。     

氧化乐果降解菌的筛选与鉴定

采用种子培养基对采自东北林业大学试验林场的土样进行初筛,获得11株能够降解氧化乐果的菌株;通过菌种生长速度与抑制率2项指标综合评价获得降解效果较好的真菌为DL04、DL16、DL11和DL03。最后对产生降解酶较高的菌株进行形态学鉴定,这4株菌种分别为哈茨木霉(Trichoderma harzianum)、木霉属(Trichoderma sp.)、绳状青霉(Penicilliumfuniculosum)和冻土毛霉(Mucorhiemalis)。该研究为植物氧化乐果残渣的资源化利用及氧化乐果的合理利用提供依据。     

T1Ol光催化剂改性形态及其在废水中降解作用的研究进展

综述了光催化剂二氧化钛（TiO2）的各种改性形态，包括钛白粉、金属及金属离子掺杂TiO2、纳米级TiO2以及其它形态TiO2对废水中污染物的降解作用。     

植被退化定量监测与评价研究进展

植被是生态系统中物质循环与能量流动的中枢。植被退化是在不利自然因素及人类不合理的活动影响下生态系统逆行演替的一种过程与结果,是土地荒漠化的主要诱因。在回顾国内外植被退化研究进展的基础上,总结了植被退化的研究历程和退化程度的定量监测评价方法,探讨了植被退化研究方法中尚存在的问题,展望了能够全面系统、快速简单监测评价植被退化程度的新方法。     

Relationship between production of hydroxyl radicals and degradation of wood, crystalline cellulose, and a lignin-related compound or accumulation of oxalic acid in cultures of brown-rot fungi

The degradation of wood, filter paper cellulose, and a lignin-substructure model, was measured in cultures of seven fungi usually regarded as brown-rot fungi. Hydroxyl radical production and the accumulation of oxalic acid in the cultures were also measured. Four of the fungi, Gloeophyllum trabeum, Tyromyces palustris, Laetiporus sulphureus, and Postia placenta, were typical brown-rot fungi, in that they preferentially degraded and eliminated the polysaccharides in wood and produced large amounts of hydroxyl radical. The rates of hydroxyl radical generation in cultures of the four fungi were directly proportional to the degradation rates of wood, cellulose, and the lignin-related compound, and inversely proportional to the amount of oxalic acid in the cultures. Two of the fungi, Daedalea dickinsii and Lentinus lepideus, did not degrade any of the substrates significantly and produced very little hydroxyl radical. Coniophora puteana had the highest rate of cellulose degradation, but did not degrade wood or the lignin model significantly and produced only negligible amounts of hydroxyl radical. These results indicate that brown-rot fungi produce large amounts of hydroxyl radical for the degradation of wood and crystalline cellulose.     

植物纤维预处理与降解方法研究

指出了植物纤维含有大量纤维素,是世界上最大的可再生资源,但目前大部分作为废弃物处理造成了资源浪费。探讨了植物纤维结构特点、植物纤维的预处理方法和降解的主要手段等,提出了预处理方法和降解方法的合理选择是有效地资源化利用植物纤维的关键。     

水解单宁的微生物降解

单宁为高等植物的次生代谢产物,是相对分子质量为300到3 000的多酚类化合物,主要分为水解单宁和缩合单宁两大类。根据水解单宁结构特性的差异,又将其分为棓单宁和鞣花单宁。自然界中的某些微生物具有忍耐单宁的特性,甚至可以将单宁降解成具有一定生理或药理活性的小分子单宁或其衍生物。由于缩合单宁的分子结构复杂,对其微生物降解的研究远不及水解单宁深入。本文综述了近年来关于细菌和真菌降解棓单宁和鞣花单宁的研究情况,阐述了其降解机理,提出了微生物降解单宁需要解决的问题,可为单宁生物降解的进一步研究提供参考。