蒸汽预处理玉米秸秆酶水解速率下降的因素分析

为评价导致纤维素酶水解速率下降的因素,以底物质量浓度为50 g/L葡聚糖及酶用量为20 FPIU/g滤纸酶活和10 IU/g β-葡萄糖苷酶活的蒸汽预处理玉米秸秆酶水解为研究对象,探讨了影响酶水解速率的潜在因素,包括物料反应性能、纤维素酶非特异性吸附、酶失活及终产物抑制。结果表明：酶用量40 FPIU/g条件下酶水解6 h及12 h后,蒸汽预处理玉米秸秆的物料反应性能分别下降了16.0%及23.7%,然而,在酶用量为20 FPIU/g时,物料反应性能的下降对酶水解速率的影响极其有限;酶解木质素的添加使得1 h酶解上清液中酶蛋白浓度降低了20.8%,但初始酶水解速率并未显著降低,即木质素对纤维素酶的非特异性吸附对酶水解速率影响不大;两段酶水解中纤维素酶的更新使得7h酶水解速率由一段酶水解中的1.30 g/(L·h)提高至1.83 g/(L·h);两段酶水解中终产物的去除则使得7 h酶水解速率提高至4.76 g/(L·h),是一段酶水解中7 h酶水解速率的3.66倍。综合而言,酶失活及终产物抑制对酶水解速率影响较大,其中终产物抑制是导致蒸汽预处理玉米秸秆酶水解速率降低的关键因素。     

蒸汽爆破玉米秸秆的分段酶水解

以蒸汽爆破预处理的玉米秸秆为原料,探讨了分段酶水解和超滤回用β-葡萄糖苷酶的工艺对水解效果的影响。结果显示:三段酶解过程中由于反应产物纤维二糖和葡萄糖的及时移除,使产物对纤维素酶的抑制作用大大降低,提高了纤维素酶水解得率和纤维二糖转化为葡萄糖的效率,并且缩短反应时间。与一段酶水解工艺相比,(6+6+12)h三段酶水解蒸汽爆破玉米秸秆使纤维素水解得率从62.83%提高到70.16%,并且水解时间从72 h减少到24 h。蒸汽爆破玉米秸秆由23%的结晶区和77%的无定形区组成,经纤维素酶(6+6+12)h三段水解后,水解残渣在衍射角2θ为16°和22°处的两个衍射峰变得更加突出,衍射强度有所增强。用截留分子质量为30 ku的超滤膜回收水解液中的β-葡萄糖苷酶并进行下一轮酶解,回用第一轮β-葡萄糖苷酶的回收率为98.87%,葡萄糖的得率为92.71%;回用至第八轮β-葡萄糖苷酶的回收率为95.25%,葡萄糖的得率为90.87%。     

亚硫酸氢盐预处理对玉米秸秆酶水解的影响

研究了亚硫酸氢钠对玉米秸秆进行预处理的条件,主要考察了亚硫酸氢钠用量、预处理温度和pH值对玉米秸秆酶水解效率的影响。结果表明:在温度180℃、保温30min时,随着亚硫酸氢钠用量的增加,木质素和半纤维素的溶出量增大,从而促进玉米秸秆预处理后底物的酶水解,当亚硫酸氢钠用量为7%时,酶水解转化率和葡萄糖得率分别为69.40%和62.44%;预处理温度越高,酶水解效率越高,温度190℃、保温30min时底物酶水解转化率达到了81.04%,葡萄糖得率71.91%;预处理pH值升高,酶水解效率相应增大,pH值在4.2～4.7之间时,酶解效率增加明显。     

稀酸预处理改善玉米秸秆酶水解性能的机制探讨

为了探讨在稀酸预处理提高玉米秸秆在纤维素酶酶解阶段提高纤维素转化率的机制,利用一系列的检测方法:FT-IR、XRD、SEM和比表面积分析仪分析了预处理前后玉米秸秆在形态学和物理化学性质方面的变化.在经过稀酸预处理后的玉米秸秆在纤维素酶酶解阶段其纤维素转化率有较大的提高,经过170℃,60 min,固液比1∶15(g∶mL),1.00 g/mL酸质量浓度的条件预处理后,从31.88％提高到95.74％.XRD结果显示预处理后玉米秸秆的结晶度有所增加,从原料的37.8％增加到58.7％,但是当预处理强度增加到一定程度后,结晶度没有较大的变化,基本维持在58％.玉米秸秆的表面结构在稀酸预处理后,原来的光滑表面变得粗糙、多孔,这样的表面有利于纤维素酶与玉米秸秆的接触,预处理后玉米秸秆的比表面积有很大程度的增加,经过170℃,60 min,固液比1∶15,1.00g/mL酸质量浓度的条件预处理后,玉米秸秆的比表面积从0.329 m2/g增加到2.878 m2/g,这都有利于改善纤维素酶对纤维素的作用,增加纤维素转化率.     

蒸汽爆破预处理条件对麦草酶水解影响的研究

在预处理温度分别为190℃和210℃,停留时间分别为2、4、8min的条件下,分析不同预处理条件对麦草原料得率、半纤维素组分、纤维素的回收率、纤维素的酶水解得率产生的影响.研究结果表明,随着预处理条件的加剧,汽爆原料的得率呈下降趋势,而纤维素和半纤维素组分的溶解程度提高,酶水解得率相应提高.在温度为190℃,停留时间为2min的条件下,汽爆麦草原料得率和纤维素回收率最高,分别达到80.7%和57.6%;在温度为210℃,停留时间为8min的条件下,汽爆麦草原料的纤维分离程度最佳,并且纤维素的酶水解得率最高,达到72.4%.     

预处理竹材的结晶度分析（英文）

【目的】化学预处理是生物质聚合物产品高值化利用的关键步骤,阐明预处理机制有助于提高热处理效率。【方法】以4年生毛竹为研究对象,采用稀酸、碱、甘油分别在117℃和135℃进行砂浴预处理,并采用光谱和湿化学方法对预处理前后样品的结构进行表征和比较,包括傅里叶红外光谱、聚合度、X射线衍射等。【结果】综纤维素和纤维素的产量显著增加,碱(NaOH)预处理比稀硫酸(H_2SO_4)和甘油(丙三醇)脱木素效果好;在相同预处理条件下,135℃比117℃样品的结构变化更明显。平均聚合度结果显示,所有预处理样品均表现出较低的聚合度,说明纤维素结晶区尺寸发生变化,部分木质素和半纤维素降解,从而增加可及度。X射线衍射结果表明,002峰位置明显偏移,晶体宽度和半峰宽下降,不同化学预处理后的结晶强度明显增加,相对结晶度在117℃下降,在135℃逐渐恢复,傅里叶红外光谱与X射线衍射研究结果一致。【结论】无论采用117℃还是135℃砂浴预处理,碱预处理纤维分离的效果均强于稀酸和甘油,可为后续木质纤维素原料水解和能源化转换方面的相关研究提供基础和依据。     

臭氧预处理对玉米秸秆酶解性能的影响

以玉米秸秆为原料,经臭氧预处理后进行酶解制可发酵单糖。研究了不同粒径和含水量对秸秆臭氧处理的影响,确定了最佳的工艺条件,结果表明:秸秆在较小的粒径(48μm)和含水率60%条件下臭氧处理效果最好,原料中木质素由15.04%降至2.96%,酶解糖化率从9.17%提高到39.80%。同时探究了最佳条件下臭氧处理时间对处理效果的影响,结果表明:随着处理的进行,木质素降解速率逐渐降低,糖化率在处理75 min时达到40.29%。臭氧消耗量与木质素降解率之间存在较强的线性关系(R2=0.967 9)表明臭氧主要与木质素反应,使木质素降解。臭氧预处理有效提高了秸秆的酶解效率。     

酸催化的蒸汽爆破预处理强度对麦草酶水解影响的研究

以蒸汽爆破法对0.5 %的稀硫酸浸渍的麦草进行预处理,研究了不同处理强度对麦草浆得率、半纤维素回收率、纤维素回收率、纤维素酶水解得率产生的影响.实验结果表明,在蒸汽爆破预处理过程中,麦草纤维组分发生分离.随着处理强度的提高,粗浆得率降低,细浆得率上升,纤维素的降解程度和半纤维素的去除程度提高,酶水解得率相应提高.在处理强度为4.14的预处理条件下,半纤维素的水解程度最大,而细浆得率和纤维素的酶解得率最高,分别为62.0 %和73.4 %;最佳的处理强度为3.55,此条件下,汽爆麦草原料细浆中的葡萄糖得率和滤出液中总糖的得率最高,分别为20.0 %和13.0%.     

蒸汽爆破和有机溶剂预处理对杨木底物酶水解性质的影响

选取三倍体毛白杨为原料,通过分析最优条件下有机溶剂法和蒸汽爆破法预处理后纤维素得率、结晶度指数、木质素含量及酶水解的结果,比较两种预处理工艺对底物性质的影响。结果表明:蒸汽爆破法能脱出部分木质素,而有机溶剂法能使大部分木质素脱除,木质素质量分数比未处理的降低63.34%。与原料相比,经过预处理后,结晶度指数都有所提高,蒸汽爆破预处理后达1.962,有机溶剂法预处理后达1.712。有机溶剂法预处理的样品葡萄糖转化率为81.36%,蒸汽爆破预处理的样品的葡萄糖转化率可达91.29%。     

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.     

不同预处理方法对玉米秸秆酶解性能的影响

研究了NaOH、Ca(OH)_2、NH_3·H_2O和NaHSO_3等4种化学联合盘磨预处理方法对玉米秸秆酶解性能的影响,考察了不同预处理方法对物料得率、木质素脱除率、还原糖得率、聚糖转化率和结晶度的影响。结果表明,预处理后,玉米秸秆的结晶度均降低。机械盘磨可以减小纤维长度和颗粒尺寸,增大比表面积,暴露出更多的纤维素活性位点,增加纤维素和纤维素酶的反应活性,提高其酶解性能。确定了酶解适宜的条件:纤维素酶用量30 U/g,β-葡萄糖苷酶用量10 U/g,酶解温度50℃和时间72 h,在此条件下NaOH、Ca(OH)_2、NH_3·H_2O和NaHSO_3联合盘磨预处理后玉米秸秆的还原糖得率分别为41.00%,23.02%,65.77%和22.22%,聚糖转化率分别为39.04%,18.53%,70.49%和21.33%。在最优条件下,NH_3·H_2O联合盘磨预处理玉米秸秆的还原糖得率和聚糖转化率最高,是一种具有前景的预处理方法。     

过热蒸汽温度对马尾松干燥速率和力学性能的影响（英文）

以常压过热蒸汽为干燥介质,对马尾松板材进行干燥处理。研究了过热蒸汽温度对马尾松木材干燥速率、力学性能、尺寸稳定性和微观结构的影响规律。结果表明:过热蒸汽干燥可以有效提高马尾松板材的干燥速率,增大板材的弹性模量及静曲强度,一定程度上影响了板材的尺寸稳定性。随着过热蒸汽由120℃升至130,140和150℃,干燥速率显著从014%/min增大至018,019,020%/min,其显著水平为99%。除150℃处理试件表现出大量的內裂和最低的力学强度外,当过热蒸汽温度分别为120,130和140℃时,静曲强度分别增加了2990,3259和3787 MPa,弹性模量分别增加了2 275,901和780 MPa。与常规干燥材相较,过热蒸汽处理材表现出更强的吸水能力,在120℃时获得的最大弦向、径向和体积膨胀率分别显著增加了2089%,1918%和4026%,而150℃处理材各向尺寸分别降低了2051%,1258%和1610%。从微观结构观察发现,过热蒸汽处理试件出现了大量破裂的纹孔膜及树脂重新分布后的树脂道间隙。     

PEG6000和BSA促进外切葡聚糖酶的水解机制（英文）

表面活性剂及牛血清白蛋白已被证实能促进纤维素酶的水解,但其促进水解的机制仍不清楚。对表面活性剂PEG6000及牛血清白蛋白BSA影响关键纤维素酶组分(内切葡聚糖酶Ⅱ,外切葡聚糖酶Ⅰ和β-葡萄糖苷酶)水解微晶纤维素的能力进行了研究。结果表明,PEG6000和BSA可将微晶纤维素的水解得率从42.7%分别提高到61.6%和52.2%。内切葡聚糖酶Ⅱ和β-葡萄糖苷酶的水解能力并不能被表面活性剂PEG6000和BSA所促进。吸附试验证实PEG6000能减少内切葡聚糖酶Ⅱ和外切葡聚糖酶Ⅰ对纤维素的吸附。动力学研究表明,PEG6000和BSA是外切葡聚糖酶Ⅰ的激活剂,但并不是内切葡聚糖酶Ⅱ和β-葡萄糖苷酶的激活剂。因此,PEG6000和BSA对外切葡聚糖酶Ⅰ的激活作用是其促进纤维素酶水解的关键机制。     

阴离子交换树脂对玉米秸秆蒸汽爆破预处理液的选择性脱毒

分别以糖-酸-醛模拟液和玉米秸秆蒸汽爆破预处理液为实验材料,比较了4种典型的阴离子交换树脂的选择性交换吸附脱毒性能,从中筛选出大孔型苯乙烯系阴离子交换树脂D301。D301树脂可以选择性地吸附脱除模拟液大部分酸类和呋喃醛类抑制物,但几乎不吸附糖类。其中,酸类的交换吸附符合Freundlich多分子层等温吸附特征,而糖类和呋喃醛类符合Langmuir单分子层吸附特征。在玉米秸秆蒸汽爆破预处理液中,D301树脂仍然保持对酸和呋喃醛类抑制物的选择性交换吸附性能,但是受未知成分杂质的复杂交换作用的影响和干扰,它对酸类和糠醛类抑制物的总脱除率由70.2%显著下降至44.5%,降幅达36.6%;而对单糖类的吸附率由1.2%大幅急剧提高至25.5%～37.9%,增幅达20～31倍;低聚木糖和低聚葡萄糖的吸附率分别达到13.7%和10.6%。采用减压蒸发浓缩与树脂吸附相结合联合脱毒方法可脱除69.1%和94.4%的酸类和醛类,脱除75.4%色素类和33.9%木质素分解物质,同时造成糖类损失16.3%。联合脱毒方法可以有效提高玉米秸秆蒸汽爆破预处理液的发酵生产性能,但是距离工业化发酵生产水平的差距仍然较大,仍需要针对木质纤维原料预处理体系的脱毒技术开展更加广泛和深入的研究工作。     

竹材酶水解制备单糖的预处理研究进展

糖类是生物体的基本营养物质和重要组成成分,糖平台化合物指糖类经生物或化学转化而来的基本化学物质,并可进一步转化为高价值的生物基化学品或材料。利用资源量大、生长周期短的竹材制备单糖,进而开发一系列生物基糖平台化合物,前景广阔。竹材可通过绿色、环保、可持续的生物酶水解工艺制备单糖,其中最关键的步骤是预处理,要求成本合理、废液处理过程简便环保,且木质素能够有效利用。本研究综述近10年来预处理对竹材酶水解制备单糖的影响,从反应机理、底物收率、底物中纤维素含量、酶水解性能和糖降解生成发酵抑制物等角度,概括总结物理法、化学法、物理化学法、共晶溶剂法、有机溶剂法和其他方法等预处理方法的优势和不足。基于绿色高效转化利用的目标,建议竹材预处理制备单糖要综合考虑预处理工艺、生物酶制剂、竹种、竹龄和木质素高值化利用等因素,并提出未来竹材生物炼制技术的研究方向：1）竹材的致密和坚硬结构是影响其高效预处理的重要因素,需探索系统的低耗能破碎方法;2）研发具备廉价、绿色、工艺简便和降解产物少的预处理药剂以及符合竹材结构特性的预处理方法;3）研发竹材木质素高值化利用关键技术与工艺,推进竹材原料全化学组分利用。     

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.     

预处理对啤酒麦糟酶水解的影响

提出了湿磨和稀硫酸预水解结合的啤酒麦糟酶解前预处理方法。湿磨压榨处理可以分离出麦中约５０％的蛋白质，并能提高麦糟纤维素酶解糖得率１４％左右。用０．７５％的硫酸，固液比１∶８至１∶１０预水解时１２１－１２５℃下最佳预水解时间为８０－１００ｍｉｎ，１５０℃下最佳预水解时间为１５－２０ｍｉｎ。在最佳预水解条件下，预水解糖得率为９５．０％，纤维素酶水解得率为７６．４％，多聚糖水解糖总得率为８８．９％。     

蒸汽爆破与碱法协同预处理对小麦秸秆结构及酶解的影响

以小麦秸秆为原料,采用蒸汽爆破预处理(SP)、碱法预处理(AP)以及两者协同预处理的方式分别进行预处理,通过扫描电镜(SEM)和傅里叶红外光谱(FT-IR)等方法,分析了预处理前后麦秆形态和化学成分的变化规律,研究了碱处理与蒸汽爆破的不同组合对麦秆成分及后续酶解的影响。研究表明:相比先碱法后蒸汽爆破预处理(ASP),先蒸汽爆破后碱法预处理(SAP)的麦秆中纤维素质量分数高达88.15%,半纤维素和木质素质量分数分别减少到5.55%和4.13%。SEM和FT-IR分析结果及低底物浓度酶解结果表明,与其他预处理方法相比,SAP对麦秆的物理结构破坏程度更大,对木质素的去除效果更显著,纤维素的酶解转化率也明显优于其他预处理样品。以分批补料的手段对各预处理后麦秆进行高底物浓度酶解,SAP样品在底物质量浓度高达180 g/L时,酶解120 h,纤维素转化率可达80.53%。蒸汽爆破与碱处理的不同组合方式对麦秆的预处理效果不同,SAP的方法能极大的提高麦秆的酶解效率。     

玉米秸秆组分分离预处理方法的研究进展

我国玉米秸秆产量较高,但利用率不到总产量的1/3。玉米秸秆作为可再生资源,经加工后可用作生物质能源,替代部分化石能源,缓解不可再生资源的短缺。玉米秸秆的高值化利用已引起众多研究者的关注。阐述了玉米秸秆常用的预处理方法,针对单一方法在预处理过程中存在的局限性,提出将各种预处理方法相互结合,对玉米秸秆预处理方法进行改进,使纤维素、半纤维素和木质素得以分离和提取,以期对后续玉米秸秆的高值化利用提供借鉴。