木质纤维原料制备纤维素酶的反应历程

阐述了木质纤维原料纤维素酶制备过程中诸影响因素如纤维素、滤纸酶活性、还原糖、蛋白质、ＰＨ、菌丝体、结晶度等的变化规律。较低的ＰＨ值有利于纤维素酶Ｃｌ酶和Ｃｘ酶的诱导，纤维素酶酶活较高，产酶过程中大部可及性好的无定形我及部分结构较疏松结晶区纤维素被降解利用，而约有２０％高结晶度结晶区纤维素很难被利用；木质素的存在对纤维素酶生产有一定的影响，但影响效果并不大     

γ-戊内酯/水体系下稀酸预处理对玉米秸秆酶解特性的影响

γ-戊内酯预处理可以打破纤维原料的抗降解屏障,改善底物的可降解性能。目前,有关戊内酯预处理对木质纤维原料水解特性和结构变化的研究较少。本试验在戊内酯/水体系下,采用硫酸和硫酸氢钠预处理玉米秸秆,研究了其对底物水解特性和结构的影响。结果表明,戊内酯/水体系能够脱除底物中的半纤维素和木质素。硫酸的催化效果优于硫酸氢钠,硫酸浓度分别为75和150 mmol/L时(120℃下进行预处理1 h),底物中纤维素相对含量从34.82%增至57.41%和72.57%,150 mmol/L硫酸预处理时半纤维素和木质素脱除率为92.0%和77.4%,纤维素酶(10 U/g底物)水解得率分别为52.4%和65.6%。对预处理前后玉米秸秆结构表征结果显示,戊内酯预处理后玉米秸秆纤维表面受到破坏,表面O/C明显增加,木质素和半纤维素被脱除,玉米秸秆结晶度增加。该试验表明戊内酯/水体系下稀硫酸预处理可高效溶出玉米秸秆中的半纤维素和木质素,提高纤维素酶水解效率,具有一定的应用前景。     

化学助剂对杨木酶水解及发酵制备枯草芽孢杆菌的影响北大核心

以乙酸、乙酸-双氧水两步预处理后的杨木残渣为底物,探讨化学助剂的种类和浓度对纤维素酶水解的影响,并以纤维素酶水解液中单糖为碳源,对枯草芽孢杆菌进行发酵培养,探究表面活性剂种类和剂量对其发酵过程的影响。结果表明:额外添加1000nkat/g的β-葡萄糖苷酶,杨木葡萄糖和木糖得率分别提高到74.35%和95.43%。添加吐温-80、PEG-6000、木质素磺酸钠对酶水解均有促进作用,且PEG-6000促进效果更为显著。不同表面活性剂对发酵有不同影响,吐温-80和PEG-6000在一定程度上抑制菌株生长,而木质素磺酸钠对发酵有促进作用,添加量为1g/L时活菌数提高到2.10×10^(9)CFU/mL。研究结果为木质纤维素的生物转化益生菌提供了科学依据。     

4种木质纤维素预处理方法的比较

采用4种方法对玉米秸秆预处理,研究了不同预处理方法对酶水解性能和可发酵性糖得率的影响,分析了预处理物料主要成分,预水解液中糖组成、碳水化合物降解产物及木质素降解产物含量.100 g玉米秸秆经稀酸、稀酸磨浆、中性蒸汽爆破和稀酸蒸汽爆破预处理、洗涤后,物料中纤维素由37.17g分别降为33.96、33.54、32.63和32.88 g,木聚糖由22.84 g分别降为2.77、2.47、3.56和2.05 g,木质素由18.76 g分别降为17.63、17.42、16.90和17.25 g.稀酸蒸汽爆破预处理物料在底物质量浓度100 g/L、纤维素酶用量20 FPIU/g(以纤维素计,下同)、β-葡萄糖苷酶用量3 IU/g下酶水解48 h,纤维素水解得率为75.91％.玉米秸秆经稀酸蒸汽爆破预处理、纤维素酶水解后可发酵性糖得率为44.93％(以玉米秸秆为基准).     

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。     

不同化学处理方法对竹纤维化学成分的影响

采用硝酸+氯酸钾、双氧水+冰醋酸、次氯酸钠和氢氧化钠四种化学处理方法及超声和无超声两种处理条件对慈竹(Neosinocalamus affinis)进行分离得到竹纤维,利用傅立叶变换红外光谱(FT-IR)和傅立叶变换拉曼光谱(FT-Raman)定性研究不同方法制取竹纤维的化学成分变化、分离过程中超声波处理对竹纤维化学成分的影响.结果表明:四种处理方法对纤维素的影响不明显；硝酸+氯酸钾、次氯酸钠和氢氧化钠制取的竹纤维中都含有木质素,但含量不同,双氧水+冰醋酸制取的竹纤维几乎不含木质素；四种处理方法都降解了半纤维素,但降解程度不同.在纤维分离过程中,超声处理能够缩短纤维分离时间,提高纤维分离效率,同时对纤维化学成分影响不明显.     

碱性亚硫酸盐耦合低压蒸汽预处理对慈竹转化乙醇得率的影响

慈竹是转化生物质燃料及化学品的理想原料之一。笔者采用优化的碱性亚硫酸盐耦合低压蒸汽爆破(ALS-SE)“一步法”对原料慈竹进行预处理,在脱除木质素的同时,降低碳水化合物的降解,提高转化乙醇的效率。红外光谱分析表明,ALS-SE预处理液体中含有木素磺酸盐,将其回收用作表面活性剂加入同步糖化发酵试验中,能有效降低木质素对酶的无效吸附,改善发酵效率。试验分别研究对比了底物质量分数5%和10%,纤维素酶用量18 U/g-纤维素和24 U/g-纤维素以及ALS-SE预处理液对慈竹转化乙醇的影响。结果表明,“一步法”预处理慈竹可以显著地提高乙醇得率:底物质量分数5%、纤维素酶用量18 U/g-纤维素时“一步法”预处理慈竹乙醇得率达到其理论得率的6322%,相比原料慈竹和低压蒸汽爆破,慈竹的乙醇得率分别提高了118倍和062倍;提高底物质量分数为10%,纤维素酶用量为24 U/g-纤维素,其乙醇得率提高到8214%,加入ALS-SE预处理液体时乙醇得率进一步提高到8529%,同时降低了发酵副反应的发生。     

桉木三组分在高温热水预处理及酶解糖化中的规律研究

为优化桉木高温热水预处理的工艺条件,用傅立叶红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)等手段分析预处理渣的理化特性。结果表明,最佳的预处理条件为:预处理温度180℃,时间20 min,绝干木粉与水1∶20(g∶mL)。此条件下,预处理液中木糖、葡萄糖的转化率分别为81.93%和2.21%。桉木木粉经最优条件预处理后,大部分半纤维素被水解;纤维素的相对结晶度基本不变;碳水化合物的结构变的松散,纹孔膜破裂,纤维碎片增多,极大的提高了后续纤维素酶的可及度。对最优条件下预处理渣的进一步酶解:发现葡萄糖的转化率高达80.52%,比未经预处理直接酶解提高3.63倍。对酶解残渣的进一步分析可知,桉木原料87.12%的酸不溶木质素可在酶解残渣中得到回收,这有利于木质素的综合利用。     

假木质素沉积及对纤维素酶解的影响研究进展

木质纤维素类生物质是地球上最丰富的可再生资源。为提高木质纤维素类生物质的转化率,提升纤维素酶的水解效率和可发酵性糖产量,降低纤维素酶的使用量和生物质转化成本,对木质纤维素类生物质进行预处理十分必要;然而,木质素、纤维素和半纤维素之间的天然屏障限制了纤维素酶对纤维素组分的酶解。木质纤维素类生物质预处理主要有物理法、化学法、物理化学法和生物法,目前更多采用质量分数小于4%的稀酸法(如盐酸、硫酸和硝酸等,120～210℃)、高温热水法、蒸汽爆破法和液相水热法等,不同预处理方法对木质素或大部分半纤维素的溶解和去除有利于提高纤维素酶的可及性。木质素对纤维素酶解具有明显抑制作用,通过预处理降低木质素含量有利于提高纤维素酶解效率。木质纤维经稀酸或高温热水等预处理后,Klason木质素相对含量反而会增加。在木质纤维素类生物质预处理过程中,木质素液滴可能以假木质素形式沉积于纤维素表面,使其比天然木质素更加抑制纤维素酶解。本研究首先概述生物质预处理过程中木质素液滴和假木质素的形成过程,提出假木质素产生的可能机制,并对其组成和性质进行综述;然后阐述木质素液滴和假木质素对木质纤维酶解的影响;最后总结假木质素形成的调控策略。假木质素的形成过程属于非均相反应过程,受传质扩散(分子水平)和流动(宏观统计水平)的影响,可从介尺度行为研究假木质素的形成机制,同时建立相关模型和理论实现其科学的定量描述和定向调控,这不仅有利于木质纤维素类生物质炼制工艺的发展,也有利于促进跨学科科学规模的形成。     

木材表面非极性化原理的研究 I.木材乙酰化过程中化学官能团的变化

对杉木和“三北”一号杨两种木材的各主要组成进行了酯化处理,研究其在乙酰化过程中木材各主要组成的化学官能团的变化特征和结构的稳定性。结果表明：磨木木质素、纤维素、半纤维素经乙酸酐处理后,红外光谱上的１７４２ｃｍ－１附近均出现了表示酯类ＣＯ伸缩振动的新的吸收峰,表明在乙酰化过程中这些组分的化学结构都有新的非极性酯类化学官能团产生;而极性的羟基官能团的数量均有不同程度的减少;芳香基和脂肪基的结构上均有乙酸酯生成。纤维素酯化程度较低,半纤维素化学结构在乙酰化过程中会发生降解,而木质素和纤维素较为稳定。乙酰化处理是降低木材表面极性的一种有效方法。     

Fermentation characteristics of vinegar residue and some natural materials

1 Introduction Being the world’s largest agricultural country, China has over one billion tons of cellulosic wastes from farms and forests every year. With petroleum prices and the number of automobiles ever increasing in China, there will be more and more needs for alterna tive fuel sources. Using corn to make ethanol is only a part of the potential from agriculture. If cellu lose-containing material like straw and cornstalks could be converted into liquid fuels, it could assist the nation…     

蒸汽爆破-乙醇蒸煮两步法预处理对麦秆结构的影响

对麦秆采用先蒸汽爆破后乙醇蒸煮的两步法进行预处理,研究预处理对麦秆组分及结构变化的影响。蒸汽爆破过程实验条件选取200 g绝干麦秆,压力1.75 MPa和时间3.5 min。乙醇预处理过程选取80 g蒸汽爆破麦秆(绝干),55%乙醇,两者固液比1∶5(g∶mL),温度170℃、时间30 min。通过高效液相色谱法测定,预处理最终产物组分中半纤维素降低89%左右,木质素降低35%左右。采用红外光谱、纤维形态分布分析及SEM分析对预处理过程中麦秆结构变化情况进行研究,结果表明:蒸汽爆破过程破坏了半纤维素酯键连接且半纤维素降解非常明显,但对纤维素链结构影响和降解作用相对较低;麦秆经过蒸汽爆破预处理后,纤维平均长度明显降低,而平均宽度却显著增加;再经乙醇预处理后纤维平均长度基本保持不变,但平均宽度降低;经两步预处理后麦秆纤维的天然物理结构由紧密到蓬松,纤维束呈松散状态且纤维表面基本无碎片附着物,利于后续加工利用。     

施肥对苦竹笋养分及营养成分的影响研究

采用单因素变量设计,研究含相同量氮、磷、钾的有机肥、复合肥、无机肥等不同肥料种类对苦竹笋养分含量及营养成分的影响。研究结果表明,施肥能显著地或极显著地提高苦竹笋中氮、磷、钾含量。不施肥处理竹笋中还原糖、可溶性总糖、蔗糖含量均高于施肥处理,且差异达到极显著水平;蛋白质、粗纤维、粗脂肪含量则为施肥处理高于不施肥处理,差异达到极显著水平。在3种肥料中,与复合肥和无机肥相比,有机肥处理苦竹笋中还原糖、可溶性总糖、蔗糖、粗蛋白、粗纤维、粗脂肪等营养成分含量均为最高,除可溶性总糖差异显著外,其他指标均达到极显著差异。     

徐州出土汉代棺木用材树种鉴定及其化学性质

木材是人类日常生活的常见材料,也是从古至今人类文明与民族文化的重要载体。伴随着考古发掘工作的进行,来自不同地区、不同朝代的大量木质文物出土并需要持续保护,因此掌握出土木质文物所用的木材树种情况,并研究其化学组分的降解状态,可为制定合理的木质文物修复和保护方案提供科学依据。通过对徐州万达汉墓墓群中1号与4号墓出土棺木进行取样和对标准三切面的切片进行观察,根据三切面显微构造特征对棺木所用木材树种进行鉴定,经与标准切片比对,结果表明M1c、M1oc、M4c、M4oc棺木树种分别为楠木(Phoebe sp.)、硬木松(Pinus sp.)、梓木(Catalpa sp.)、榉木(Zelkova sp.)。进一步采用荧光显微镜与傅里叶变换红外光谱、X射线衍射相结合的方法,分析棺木的主要化学组分降解情况。结果表明:与现代健康材相比,古木在长期埋藏过程中,木材的主要多糖类化学组分纤维素和半纤维素降解严重,纤维素结晶度降低;古木各类型细胞中木质素的自发荧光效应均减弱,且红外光谱分析表明木质素化学结构发生改变;古木在埋藏过程中木材的整体构造保存较好,但主要化学组分发生了降解,这与其地下饱水低氧的埋藏环境有很大关系。     

葛根渣中纤维素的分离研究

采用范氏法测定葛根渣中纤维素、半纤维素和木质素含量,以亚氯酸钠和氢氧化钠为处理试剂,依次对葛根渣进行处理制备葛根渣纤维素.通过考察处理试剂的质量分数、反应温度、反应时间等因素优化分离工艺条件,并用扫描电镜(SEM)、X射线粉末衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和热重(TG)分析了葛根渣、亚氯酸钠处理后的葛...     

Structural studies on the chemical bonds between lignins and carbohydrates in spruce wood

Summary A lignin-carbohydrate material from black spruce (Picea mariana) was treated with a hemicellulase mixture. The carbohydrates in the remaining material were studied by the following methods. a) Treatment with 0.1 M NaOH in the presence of sodium borohydride followed by selective hydrolysis of the furanosidic bonds, b) Smith degradation (periodate oxidation followed by mild acid hydrolysis). The results obtained indicate that lignin is bound to all types of sugar units in the hemicelluloses. For arabino-4-O-methylglucuronoxylan, linkages to the side-chain units seem to dominate. The links to the 4-O-methylglucuronic acid units are ester bonds, probably benzyl ester bonds. Those to the other sugar units in the hemicelluloses are ether bonds, probably benzyl ether bonds. The results suggest, furthermore, that fractions of cellulose are linked to lignin.The authors are indebted to Dr. H. H. Brownell, Ottawa, Canada, for a gift of extracted black spruce wood meal, and to Professor Bengt Lindberg, Stockholm, Sweden, for the use of glc equipment in his laboratory     

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%.     

Ozone treatment of spent medium from Auricularia polytricha cultivation for enzymatic saccharification and subsequent ethanol production

We examined the enzymatic saccharification and ethanol fermentation of the spent media (SMs) from Auricularia polytricha cultivation using wood meals of Falcataria moluccana, Shorea sp., and Tectona grandis. Although the hydrolysis weight decrease and reducing sugar yield were higher in SM of F. moluccana, the ethanol yield was higher in SM of Shorea sp. Ozone treatment of SM further increased the hydrolysis weight decrease, reducing sugar, and ethanol yields in Shorea sp. These results indicate that SM of A. polytricha is a suitable biomass material to produce fermentable sugars for ethanol production, and that ozone treatment is a suitable method for increasing the ethanol yield.     

酶解法制备低相对分子质量胡芦巴半乳甘露聚糖及其产物的表征

以纤维素酶水解胡芦巴半乳甘露聚糖所得产物 1为原料;用普鲁兰酶水解产物1侧链的α -1,6糖苷键,以还原糖得率为指标,通过 L 9(34)正交试验优化了制备低相对分子质量胡芦巴半乳甘露聚糖(产物2)的工艺,并对产物进行了表征.试验结果表明,普鲁兰酶的最佳工艺条件为:酶用量为2000ASPU/g,酶解时间2h,pH值5.2,酶解温度60℃,此时还原糖得率为43.8%.用黏度法测得水解产物2的黏均相对分子质量( M V)为5.10×104.红外光谱结果表明,1595cm-1的-OH吸收峰和1402cm-1处C-H的变角振动吸收峰变强,由此说明胡芦巴半乳甘露聚糖的糖苷键断裂,羟基的数量增加.X射线衍射图谱结果表明,胡芦巴半乳甘露聚糖的结晶区只受轻微破坏,由此说明酶解反应主要发生在胡芦巴半乳甘露聚糖的非结晶区.     

CPPU对禅寺丸果实糖、酸含量的影响

以甜柿禅寺丸为试材,用10、15、20、25 mg/L 4种浓度的CPPU于花后10 d喷果。结果表明:均提高了果实还原糖、可溶性糖、TSS含量及固酸比;促进了果实淀粉降解;对可滴定酸含量影响不大。