玉米芯碱液预处理条件优化

该文对木质纤维素原料玉米芯碱液预处理条件进行了优化,以去除木质素,提高半纤维素、纤维素的酶解得率为目的。采用单因素多水平和正交试验方法得到最优预处理条件为：预处理时间12 h,温度70℃,液固比23︰1,反应液中各物质质量分数为氨水2.5%、过氧化氢 0.6%、硅酸钠5%、硫酸镁0.05%。在此最优条件下,玉米芯残渣得率为59.74%、半纤维素保留率为56.60%、纤维素的保留率为86.20%、木质素的保留率为11.83%。残渣经分步酶解（木聚糖酶和纤维素酶）,半纤维素、纤维素、总的酶解得率分别为41.36%、88.09%、69.21%,比未经预处理的玉米芯酶解得率分别提高了39.18%、40.89%、44.88%。结果表明,酶解得率与半纤维素的损失、木质素的去除有直接相关性。     

金属盐强化乙醇预处理和添加剂联合对杨木酶解的影响

农林废弃物的生化转化是木质纤维类生物质能源化利用的重要手段之一。其中,木质纤维素是生物质能源最重要的形式,通过生化转化将木质纤维素转化为可发酵糖,进而转化为燃料乙醇和化学品,是生物炼制的重要途径之一。该研究以杨木为研究对象,采用不同金属盐强化的乙醇溶液对杨木进行预处理,探究不同金属盐（FeCl₃、CrCl₃、CuCl₂、FeCl₂、ZnCl₂、MnCl₂、MgCl₂、CaCl₂ NaCl和LiCl）强化乙醇预处理对杨木组分和酶解效果的影响,同时在酶解段进行不同种类添加剂（吐温80、茶皂素、牛血清白蛋白和木聚糖酶）的添加,探究不同金属盐强化乙醇预处理和不同添加剂联合对杨木酶解效率的影响,从而得到杨木酶解最优的金属氯化物和添加剂组合。结果表明：金属盐强化乙醇预处理能显著去除半纤维素和木素,破坏杨木原料的致密结构,提升预处理底物中纤维素含量,暴露更多可接触位点,提高酶对纤维素的可及性,其中三价和部分二价金属盐（过渡金属盐）强化乙醇预处理能一定程度地提升酶解效果,获得较高的葡萄糖得率。添加剂的加入可不同程度的提升酶解速度、缩短酶解时间,并提升预处理样品的最终葡萄糖得率,其中在吐温80的作用下,FeCl₃强化的乙醇预处理后杨木酶解可获最高葡萄糖得率达93.44%,该研究结果可为农林废弃物利用提供参考。     

常压温和条件下丙酸预处理小麦秸秆的工艺优化

为了提高小麦秸秆木质纤维素的能源化利用效率,该文研究了常压温和条件下丙酸预处理小麦秸秆的工艺优化。该方法的最佳工艺条件为：料液比1∶16、粒度40目、丙酸质量浓度900 g/L、催化剂质量浓度3 g/L、温度70℃,处理时间150 min。在此条件下,小麦秸秆的纤维素保留率为92.6%,半纤维素和木质素的脱除率分别为98.3%和70.5%。丙酸预处理后小麦秸秆的酶解得率90.3%。研究表明,在常压温和条件下,丙酸法预处理小麦秸秆,可有效地将其分离为纤维素、半纤维素、木质素3大组分。     

不同金属盐强化乙醇/水预处理对蔗渣酶解效率的影响

预处理过程可以破坏木质纤维素生物质的致密结构、降低生物抗性,是木质纤维素生物质经酶解制备糖基平台化学的重要步骤。该研究以蔗渣为原料,在预处理温度为160 ℃、预处理时间为10 min时,选取0.025 mol/L 的不同金属盐FeCl₃、CrCl₃、AlCl₃、CuCl₂、FeCl₂、ZnCl₂、MnCl₂、MgCl₂、CaCl₂、NaCl、LiCl、Na₂CO₃对蔗渣进行乙醇/水预处理,并对预处理后样品进行酶解,探究不同金属盐强化乙醇/水预处理对蔗渣酶解效率的影响和规律,并进一步通过扫描电镜（scanning electron microscopy, SEM）、X射线衍射（X-ray diffraction, XRD）、傅里叶变换红外光谱（fourier transform infrared spectroscopy, FT-IR）和热重（thermogravimetric, TG）对蔗渣原料和预处理后的固体进行表征,探究金属盐强化乙醇/水预处理后蔗渣表面形貌与结构变化对酶解效率的影响,分析作用机理。结果表明:与原料甘蔗渣相比,不同金属盐强化乙醇/水预处理后样品中葡聚糖的质量分数从45.5%增加到77.2%,预处理后样品酶解48h后的葡萄糖得率也由51.14%增加到最高93.08%。其中,三价金属盐（FeCl₃、CrCl₃和AlCl₃）对蔗渣酶解效率的提升最为显著,这可归因于三价金属盐强化乙醇/水预处理可以更加有效的去除蔗渣中的半纤维素和木质素,增加酶对纤维素的可及性。后续表征分析也表明经过三价金属盐（FeCl₃、CrCl₃和AlCl₃）强化乙醇/水预处理后的样品比经过二价金属盐（CuCl₂、FeCl₂、ZnCl₂、MnCl₂、MgCl₂和CaCl₂）和一价金属盐（NaCl、LiCl和Na₂CO₃）强化乙醇/水预处理表面结构破坏更为彻底,结晶度相对增加最大,木素和半纤维素去除率最多,热稳定性也相对最高。该研究结果将为后续木质纤维素生物质的高效转化与利用提供参考。     

不同预处理方法对稻草秸秆固态酶解特性的影响

该文研究了自然堆积、超声波、NaOH溶液以及H2SO4溶液等不同方法预处理后的稻草秸秆基质固态酶解特性,结合SEM电镜扫描、傅里叶变换红外光谱(FTIR)及X射线衍射对预处理前后稻草秸秆基质的结构特性进行了观察和分析,获得了稻草秸秆固态酶解的最佳预处理条件。结果表明自然堆积9d、质量分数分别为1.0%的NaOH溶液和15%的H2SO4溶液、超声40min的预处理条件能有效除去包裹在纤维素基质外表面的木质素和半纤维素,提高基质的酶解糖化效率。该试验中质量分数为1.0%的NaOH溶液预处理后的稻草秸秆通过酶解作用获得的还原糖产率最高,为126.3mg/g。该研究可为探索提高纤维素基质酶解糖化效率的方法提供参考。     

酸-碱两段组合预处理对杨木发酵的影响

为提升杨木的酶解发酵效率，该研究探究了酸-碱两段组合预处理对半纤维素、木质素的降解、纤维素保留以及后续发酵的影响；通过扫描电镜（scanning electron microscopy，SEM）、X射线衍射（X-ray diffraction，XRD）和傅里叶变换红外光谱（fourier transform infrared spectroscopy，FT-IR）对杨木进行表征分析，探究预处理对杨木表面形貌、组成成分和热稳定性的影响。对杨木进行两段HAc-NaOH组合预处理，第一段是采用1% HAc作为酸性催化剂在不同预处理温度（160～200 ℃）下进行预处理，第二段预处理则是以第一段预处理后样品为底物进行不同NaOH质量分数（0.3%～1.2%）的碱预处理。结果表明酸-碱两段预处理的效果优于仅一段酸预处理，在200 ℃ HAc组合0.8% NaOH的两段预处理下获得的乙醇浓度为18.72 g/L，结合SEM、XRD和FT-IR分析发现预处理中半纤维素和木质素的脱除显著提升预处理杨木中纤维素含量，木质纤维致密结构被破坏，提高了酶对纤维素的可及性，也有助于提高后续乙醇发酵浓度。最后通过对葡聚糖、木聚糖、酸不溶性木素含量、木聚糖、酸不溶性木素去除率以及结构特性对乙醇得率的相关性进行分析，表明预处理样品中具有较低半纤维素/木质素含量和较高纤维素结晶度的预处理样品具有更强的发酵潜力。     

甜菜细胞壁界面特征显著影响纤维素酶解效率

生物质不同器官、组织理化性质各异,这种异质性对纤维素酶解效率的影响有待深入研究。该研究以甜菜为研究对象,系统分析不同器官理化性质与酶解效率间的关系,探究细胞壁与纤维素酶的吸附特点及在酶解过程中的形态变化。结果表明,甜菜根、茎、叶酶解还原糖得率不同,根和茎的还原糖得率相近且高于叶,分别为14.64%和14.26%,叶还原糖得率较低为10.15%;酶解还原糖得率与木质素（P<0.01）、半纤维素（P<0.01）呈极显著负相关,而与比表面积（P<0.01）呈极显著正相关;甜菜根、茎、叶的薄壁组织更容易与纤维素酶结合,并且更易被降解。甜菜细胞壁界面理化特征是影响酶与底物有效吸附,进而影响纤维素酶解效率的关键因素。研究结果可为甜菜农业废弃物的利用提供参考。     

棉花秸秆糖化碱预处理条件优化

新疆含有丰富的棉花秸秆资源,但棉秆需经预处理后才能被纤维素酶高效水解。该文以棉花秸秆资源的综合利用为目的,对其碱预处理及微波/碱预处理条件进行了试验,结果表明：2.0%NaOH,固液比1︰20,120℃,处理棉花秸秆75 min,棉秆中的木质素、半纤维素含量分别降低60.42%,35.05%;利用碱/微波（700 W）预处理棉花秸秆15 min,棉花秸秆中的木质素、半纤维素分别降低61.31%,44.78%,提高微波功率对于处理后的棉秆中木质素、高聚糖（纤维素+半纤维素）收率无明显影响,但功率越高、所需时间越短;不同预处理后的棉花秸秆酶水解试验表明,碱预处理棉花秸秆酶水解96 h,水解率为20.01%,碱/微波预处理棉花秸秆酶水解48 h,水解率为20.05%。     

膨化预处理玉米秸秆提高还原糖酶解产率的效果

为了提高玉米秸秆的可发酵还原糖转化率,采用膨化技术对玉米秸秆木质纤维素进行预处理。扫描电镜观察,玉米秸秆的纤维束受到破坏,木质素包裹作用减弱,纤维素酶的空间作用面积提高。红外光谱分析表明有部分半纤维素和少量木质素水解;X射线衍射测定纤维素结晶度降低了12.68%。通过进一步纤维素酶解试验,与未处理的相比膨化处理后原料酶解时间可缩短16 h,未经膨化处理原料还原糖的酶解产率为13.48%,膨化处理后原料还原糖的酶解产率可达24.91%。结果表明,膨化预处理技术可明显提高玉米秸秆木质纤维素的能源化利用效率。该     

菌/酶添加对甜高粱渣青贮预处理作用的强化效果

为实现生物质甜高粱渣的青贮强化预处理和能源化利用,该研究探究了不同添加剂对其青贮质量和酶解糖化效果的影响。试验设置对照组（CK组）、植物乳杆菌组（L组）、纤维复合酶组（E组）和复合添加剂组（LE组）,系统考察甜高粱渣在21 d青贮预处理期间的营养成分、木质纤维组分和发酵品质的动态变化,采用隶属函数法评价青贮质量,利用高通量测序技术分析青贮预处理过程的微生物菌群动态演绎。结合酶解糖化性能评价青贮预处理作用的强化效果,从而筛选适宜的添加剂。结果表明：青贮预处理后甜高粱渣的粗蛋白、淀粉、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、半纤维素和纤维素等能量组分含量显著高于原料（P<0.05）。青贮21d时,3个添加剂组的干物质、可溶性碳水化合物和粗蛋白含量显著高于CK组（P<0.05）,综纤维素含量显著低于CK组（P<0.05）,且E组的干物质含量最高,L组的粗蛋白含量最高,E组和LE组的可溶性碳水化合物含量最高。青贮预处理期间,3 个添加剂组的pH值均低于4.2,L组的乳酸和乙酸含量明显高于CK组（P<0.05）,E组的乳酸/乙酸和乳酸/总有机酸比值显著高于CK组（P<0.05）。隶属函数法综合评价E组的青贮发酵质量最高。微生物菌群结果显示,甜高粱渣经青贮预处理后,3个添加剂组的细菌菌群丰富度和多样性都明显下降,门水平细菌主要以变形菌为主,属水平细菌主要包含肠杆菌、泛菌、明串珠菌、魏斯氏菌、拉恩氏菌和葡糖杆菌等,这些微生物与青贮质量密切相关。甜高粱渣经青贮预处理后的还原糖得率显著提升,尤其E组得率比原料提高了117%。结合成本效益法分析,利用纤维复合酶对甜高粱渣进行青贮强化处理的E组纯收益最高,较甜高粱渣原料提高了近三倍。总之,单独添加纤维复合酶不仅能明显改善甜高粱渣的青贮发酵质量,实现稳定保存,还能使其青贮预处理作用得到强化,进而提高甜高粱渣的生物降解性能,是一种经济合理、技术可行的青贮预处理强化方法。     

CrCl3预处理和表面活性剂对杨木酶解效率的影响

为了探究预处理和表面活性剂对纤维素酶水解效率的影响,该研究以杨木为研究对象,探究了温度对CrCl₃预处理的影响,同时从表面活性剂种类、用量和酶添加量3个方面分析表面活性剂对CrCl₃预处理后样品酶解的促进作用。结果表明：CrCl₃预处理对杨木组分分离有良好的促进效果,经160 ℃预处理后葡萄糖得率达到65.9%。通过结构表征发现预处理后杨木结构完整度降低,提高了纤维素的可接触面,进而提高了酶解效率。在酶解段加入木质素磺酸钙可显著缩短酶解时间,提高酶解效率,同时有效降低纤维素酶用量,最终酶解72h后葡萄糖得率达85.5%,当酶用量为该研究为提升木质纤维原料预处理效率和降低酶解成本提供了一定的理论支持。     

两步法预处理制备生物质燃料乙醇

为了扩展燃料乙醇制备的预处理工艺的发展方向,该文针对燃料乙醇制备的2种新预处理方法——半纤维素分离两步预处理法和木质素分离两步预处理法进行了试验研究。分别以能源植物柳枝稷和农业废弃物玉米秸秆为原料,考查了这2种方法对酶水解过程中糖产量的影响。结果表明,半纤维素分离两步预处理法对柳枝稷的较优处理条件为:第一步预处理用3%质量分数的过氧化氢溶液在50℃处理16h,第二步预处理用去离子水在121℃处理30min,最终酶水解可获得89%的纤维素转化率;木质素分离两步预处理法对玉米秸秆的较优处理条件为:第一步预处理用碱性乙醇溶液(1%质量分数氢氧化钠和70%质量分数乙醇)在80℃处理2h,第二步预处理为去离子水在135℃处理30min,最终酶水解可获得83%的纤维素转化率;扫描电镜观察,柳枝稷和玉米秸秆的纤维束均被破坏,纤维素酶的作用面积得到提高。同时,分离提取了部分半纤维素和木质素,可以回收提纯,应用于高附加值化学产品的制备。这一结果表明,这2种方法为实现燃料乙醇制备工程工业化提供依据。     

乙二醇-氯化铁预处理对棉秆酶水解效率的影响

为提高棉秆的纤维素酶水解效率,该研究以乙二醇为预处理溶剂,氯化铁为催化剂对棉秆进行预处理,实现了棉秆木质素和半纤维素的有效去除,提高了酶水解效率。以木质素和半纤维素的去除率为指标,运用正交试验方法优化乙二醇-氯化铁预处理条件。结果表明,棉秆在90%乙二醇水溶液,0.1 mol/L氯化铁,固液比1∶15,160 ℃条件下处理20 min,木质素和半纤维素去除率分别为85.74%和88.86%。相较原料,预处理后棉秆酶解率提高了7.6倍,葡萄糖产率达到100%（基质浓度5%,酶载量8.3 FPU/g,水解72 h条件下）。通过结构表征发现乙二醇-氯化铁预处理使棉秆的比表面积增大,致密结构被破坏,有效提高了棉秆的纤维素酶可及性。     

Pretreatment and Enzymatic Hydrolysis of Sorghum Bran

Sorghum bran has potential to serve as a low‐cost feedstock for production of fuel ethanol. Sorghum bran from a decortication process (10%) was used for this study. The approximate chemical composition of sorghum bran was 30% starch, 18% hemicellulose, 11% cellulose, 11% protein, 10% crude fat, and 3% ash. The objective of this research was to evaluate the effectiveness of selected pretreatment methods such as hot water, starch degradation, dilute acid hydrolysis, and combination of those methods on enzymatic hydrolysis of sorghum bran. Methods for pretreatment and enzymatic hydrolysis of sorghum bran involved hot water treatment (10% solid, w/v) at 130°C for 20 min, acid hydrolysis (H₂SO₄), starch degradation, and enzymatic hydrolysis (60 hr, 50°C, 0.9%, v/v) with commercial cellulase and hemicellulose enzymes. Total sugar yield by using enzymatic hydrolysis alone was 9%, obtained from 60 hr of enzyme hydrolysis. Hot water treatment facilitated and increased access of the enzymes to hemicellulose and cellulose, improving total sugar yield up to 34%. Using a combination of starch degradation, optimum hot water treatment, and optimum enzymatic hydrolysis resulted in maximum total sugar yield of up to 75%.     

NaOH预处理提高甘蔗叶产甲烷性能及其机理分析

为提高甘蔗叶厌氧消化的产甲烷性能,采用NaOH对粉碎后的甘蔗叶进行了预处理,得到了不同NaOH浓度、不同预处理时间条件下甘蔗叶厌氧消化的甲烷产率,并研究比较了预处理前后甘蔗叶微观物理形态、化学分子结构和化学组分的变化。结果表明:与未预处理甘蔗叶相比,NaOH预处理甘蔗叶的累计产甲烷量提高了22.02%～89.94%,厌氧消化时间T80缩短了2～4 d,其中6%NaOH-5d预处理甘蔗叶的产甲烷性能最好;NaOH破坏了甘蔗叶表面蜡质层和细胞壁结构,促进了甘蔗叶表面二氧化硅、木质素等分解,打破了对纤维素的束缚;预处理后甘蔗叶的木质纤维素结构发生明显变化,其中木质素的羟基、甲氧基和羰基等部分官能团发生不同程度断裂,紧致的大分子结构发生分解,纤维素的结晶度降低,部分氢键遭到破坏,半纤维素发生了分子间和分子内的降解;预处理甘蔗叶的木质纤维素含量均有不同程度的降低,可被微生物分解利用的有机物质增多,其中6%NaOH-5d预处理甘蔗叶厌氧消化的木质素、纤维素、半纤维素降解率分别提高了9.27%、25.14%和21.52%。因此NaOH预处理是一种提高甘蔗叶厌氧消化产甲烷性能的有效方法。     

不同NaOH/球磨复合预处理对玉米秸秆酶解效果的影响

农作物秸秆的生物转化是木质纤维类生物质能源化利用的重要手段之一。为了探究室温条件下不同机械化学复合预处理对玉米秸秆酶解效果的影响,该研究以玉米秸秆为研究对象,以单独NaOH处理为对照,在不同NaOH质量分数（0、1%、2%和3%）条件下,分别进行了干法和湿法2种NaOH/球磨复合预处理。使用CellicCtec2（Novozymes,丹麦）进行了不同预处理玉米秸秆72 h酶解试验,系统表征了不同预处理玉米秸秆的粒径、结晶度、表面微观形貌、木质纤维组成和官能团变化,分析了不同预处理玉米秸秆理化性质对酶解影响及其相关性。结果表明：干法和湿法NaOH/球磨复合预处理均显著提高了玉米秸秆葡萄糖产率,且随NaOH质量分数增加（从1%提升至3%）,不同NaOH/球磨复合预处理玉米秸秆葡萄糖产率显著提升（P＜0.01）,当NaOH质量分数为3%时,其葡萄糖产率分别达到71.0%和73.1%。无论干法和湿法NaOH/球磨复合预处理,其酶解葡萄糖产率均与纤维素质量分数和平均粒径D50显著正相关（P＜0.01）,与木质素质量分数显著负相关（P＜0.01）;干法NaOH/球磨复合预处理显著降低了玉米秸秆的结晶度,从而一定程度增强改善了玉米秸秆酶解葡萄糖产率。该研究为深入揭示和解析玉米秸秆机械化学复合预处理作用机理提供了数据支撑。     

酸-超声波预处理及糖化水解稻草研究

采用室内实验方法,研究了酸-超声联合预处理稻草对其化学组成以及糖化效果的影响,并与传统酸预处理法的效果进行了对比。结果表明,与未经处理的稻草相比,经酸-超声波处理的稻草其半纤维素、木质素含量最高分别减少了64．46％、62．19％,纤维素含量最高则上升了73．20％,而酸处理的稻草相应数值只能达到56．72％、59．90％及53．41％。同时分别对两种方法的稻草糖化的工艺条件通过正交试验进行了优化,得出两种方法的稻草最佳糖化条件均为：pH值为4．8,温度为45℃,酶浓度为20mg·g-1。在该条件下,对于酸一超声波预处理稻草,在糖化108h以后还原糖浓度稳定并达到最大值26．4g·L-1,而对于酸预处理稻草,在糖化120h以后还原糖浓度才稳定并达到最大值26．2g·L-1,且前者能比后者产生更多的葡萄糖以及更少的木糖,更有利于提高后续酒精发酵的效率。     

亚硫酸盐预处理对棉秆酶水解的影响

为了提高棉秆的酶水解效率,研究了棉秆亚硫酸盐预处理过程中亚硫酸氢钠用量、浓硫酸用量、预处理温度与时间对预处理效果的影响,同时比较了棉秆不同部位的亚硫酸盐预处理效果。结果表明：预处理时添加亚硫酸氢钠可提高棉秆酶水解效率,随着用量的增加,底物酶水解转化率升高,用量超过8%后基本不变;预处理液pH值可影响棉秆亚硫酸盐预处理效果,存在一个最佳pH值,研究中预处理液pH值为2.65时,底物的酶水解转化率最高;当预处理温度由100℃升高至170℃时,底物酶水解转化率升高较少,但当预处理温度继续升高时,底物酶水解转化率明显升高,在预处理温度180℃并保温20 min时底物酶水解转化率达到最高为70.10%,继续延长保温时间底物酶水解转化率无明显变化。亚硫酸盐预处理过程中,木素和戊聚糖不断从原料中溶出,有利于后续的酶水解,研究发现木素的溶出比戊聚糖的溶出对棉秆酶水解的影响更大。棉秆不同部位的亚硫酸盐预处理效果不同,酶水解从易到难的顺序是：棉秆皮>细枝>全棉秆>主干>棉秆芯。