竹粉的稀硫酸预处理及酶解技术研究

采用稀酸对竹粉进行预处理,结果表明竹粉酶解的最佳优化条件为:温度125℃,固液比最佳比值为1:10,硫酸浓度为4%,预处理时间为2 h,经过酶处理以后,其竹粉水解率达57.99%,半纤维素水解达70.18%.     

两步法预处理脱除木质素对杨木酶水解的影响

以杨木片为原料,采用两步法预处理脱除木质素后,对原料进行酶水解,对杨木表观结构、理化特征及酶水解结果进行考察。实验结果显示:相较于一步法蒸汽爆破(SE)预处理,碱性磺化-蒸汽爆破(AS-SE)和碱性氧化-蒸汽爆破(AO-SE)预处理后均可脱除50%左右的木质素,并且显著增加了物料中的酸性亲水基团如磺酸基和羧酸基含量,纤维素可及度分别提高至132.04和119.10 mg/g。傅里叶红外光谱(FT-IR)结果表明碱性磺化和碱性氧化后,木质素结构中出现了亲水性功能基团(羟基、羧基和磺酸基),扫描电镜(SEM)结果表明两步法预处理后的物料表面出现开裂分层、层层剥落的现象。AS-SE预处理后,杨木纤维素酶水解率高达81.09%,原料糖得率达到73.72%。两步法预处理可对木质素进行选择性脱除和改性,改变了木质素理化特性及表观结构,增强了纤维素酶水解效果。     

两步法预处理对杨木酶水解及木质素吸附性能的影响

研究了不同的两步法预处理对杨木酶水解和木质素吸附性能的影响,结果显示:未处理原料中木质素为29.05%,其酶水解得率仅为15.24%;蒸汽爆破一步法预处理后物料中木质素为34.88%,酸性基团仅为10.16 mmol/kg,酶水解得率为56.88%,预处理过程中木质素几乎没有脱除,因此未能回收作为吸附剂使用。碱性氧化-蒸汽爆破和碱性磺化-蒸汽爆破两步法预处理后物料中木质素减少至21.06%和17.68%,酸性基团增加至101.34和107.69 mmol/kg,酶水解得率由一步法的56.88%提高至74.38%和81.09%,两步法预处理脱除了原料中50%左右的木质素,经回收可作为重金属离子吸附剂使用,对Pb(Ⅱ)的最大吸附量分别为158.73和142.86 mg/g。分析表明:碱性磺化-蒸汽爆破两步法预处理既可大量脱除木质素,增强纤维素酶水解,又可对木质素进行改性,提高木质素对重金属离子Pb(Ⅱ)的吸附性能。     

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.     

碱性亚硫酸盐预处理对桉木酶解糖化的影响

为提高按木原料的酶解糖化效果,采用碱性亚硫酸盐对桉木原料进行预处理,并对预处理所得样品进行纤维素酶酶解糖化.通过测定酶解液中的葡萄糖、木糖得率,探讨预处理条件对产糖得率的影响.结果表明:随着蒸煮温度的升高,NaOH用量的增大,桉木酶解液中木糖、葡萄糖得率明显增大;随着Na2SO3用量的增大,保温时间的延长,酶解液中木糖、葡萄糖得率先增大后减小.最佳预处理条件为:蒸煮最高温度170℃,保温时间3h,NaOH用量3％,Na2SO3用量10％.此时,酶解木糖、葡萄糖得率分别可达15.37％和60.79％,比未经处理的1.73％和12.33％提高了7.88倍和3.93倍.     

绿液预处理对麦草化学成分及酶水解糖化的影响

主要探讨在不同温度、用碱量和硫化度条件下绿液预处理对麦草化学成分及酶水解效率的影响。随着预处理用碱量和硫化度的提高木质素的脱除率增加,但同时也加剧了碳水化合物的降解,导致麦草浆得率下降。绿液预处理废液的pH值小于9.5,弱碱介质可以减少碳水化合物的降解,同时避免禾草原料含量较高的硅溶解在黑液中,有利于废液的碱回收利用。预处理后浆料经过由纤维素酶、木聚糖酶和β-葡萄糖苷酶组合而成的混合酶液水解,纤维素酶用量从5 FPU/g增加到10 FPU/g时,总糖得率及转化率显著增加。在酶用量为10 FPU/g条件下经过48 h的酶水解后,温度130℃、用碱量8%、硫化度40%条件下的预处理浆料总糖得率达到最大值43%,总糖转化率为73.1%。     

亚硫酸盐预处理对蔗渣酶解效率的影响

为了破坏蔗渣的抗降解性,获得高的酶解效率,采用亚硫酸盐法对蔗渣进行预处理,探讨亚硫酸氢钠用量对蔗渣理化性质、表面磺酸基含量(磺化度)及酶解效率的影响,并进一步分析了磺化度对酶解效率的影响。结果显示:不同亚硫酸氢钠用量蔗渣的结晶度(I_(Cr))变化不显著,但预处理后蔗渣纤维素结晶区相对含量上升,半纤维素含量减少。50 g蔗渣,按固液比1∶8(g∶m L)加入1.1%的稀硫酸,亚硫酸氢钠加入量(以绝干蔗渣计)为8%,在160℃条件下反应30 min时制得的蔗渣其表面磺酸基最多,达131.73μmol/g。在2%干蔗渣,7.5 FPU/g(以干蔗渣计),50℃,72 h酶解条件下,对不同磺化度的蔗渣进行酶解,结果显示酶解效率随底物的磺化度升高而升高,最高综纤维素水解效率可达83.76%。研究表明:蔗渣的酶解效率与磺酸基团的含量呈正相关,而与蔗渣中纤维素的结晶度关系不明显;酸性亚硫酸盐法可除去绝大部分半纤维素,破坏蔗渣抗降解性,促进酶解效率。     

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。     

硫酸对过氧化氢-乙酸预处理巨龙竹酶解和发酵的影响

以巨龙竹(DS)为研究对象,对其进行过氧化氢-乙酸(PA)预处理,探讨预处理中硫酸添加量对竹材化学组成、酶解效率和乙醇产率的影响。研究结果表明：随着预处理过程中硫酸用量的增加,竹材中的木质素质量分数不断降低,而纤维素和半纤维素的质量分数有所增加。在预处理中,添加硫酸作为反应助剂,能够使酶解效率提升,当硫酸体积分数为0.5%时,72 h的葡萄糖和木糖得率分别为84.77%和85.05%,与未添加硫酸的过氧化氢-乙酸预处理的巨龙竹相比,分别增加了42.40%和33.72%;其水解液经酵母发酵后的乙醇质量浓度为13.52 g/L,比未添加硫酸的过氧化氢-乙酸预处理水解液增加了73.33%。在巨龙竹过氧化氢-乙酸预处理过程中以硫酸作为助剂,能够降低底物的疏水性和表面木质素覆盖率,增加结晶度和比表面积,添加0.5%硫酸,纤维素酶可及度从未添加硫酸时的282.15 mg/g增加到500.12 mg/g,进而增加了纤维素酶与纤维素之间的生产性吸附,因此使巨龙竹的酶解效率和发酵产率得到提升。     

麦草酶解-温和酸解木质素的化学结构特性研究

采用酶解预处理、温和酸解和溶剂提取相结合的木质素分离新技术分离得到了代表性好的麦草纤维酶解-温和酸解木质素(EAL)。采用元素分析、定量31P NMR、衍生化后还原反应(DFRC)等分析技术和实验方法,对麦草EAL木质素的官能团含量、β-芳基醚键的特性与含量、二苯并二氧桥松柏醇(DBDO)结构等特性进行了较深入的研究。     

促进柠条酶解糖化的预处理方法比较

以柠条平茬废弃物为原料,分别采用0.1%~5%的Na OH、0.025%~1%的硫酸和黄孢原毛平革菌处理柠条平茬废弃物,研究不同预处理方法对柠条质量损失情况、酶解转化率、总还原糖得率和木质纤维素含量的影响。结果表明,酸、碱和微生物预处理均可不同程度地提高柠条平茬废弃物的酶解转化效率和总还原糖得率,木质素的移除与改性可能是酶解效率提高的主要因素。其中,0.5%硫酸处理是从柠条平茬废弃物获取糖的最佳预处理方式,处理后总还原糖得率从5.5%提升到17.9%,提高了约2.3倍;5%Na OH处理是提高柠条平茬废弃物转化效率的最佳预处理方式,酶解转化率从5.5%提升到13.6%,提高了约1.5倍。本项研究分别从酶解转化率与总还原糖得率两个角度来评价促进柠条酶解糖化的预处理方法,其研究结果对柠条多元化的高效利用提供参考依据。     

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%.     

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。     

水溶性木质素对纤维原料酶水解的影响研究进展

木质纤维素具有储量大、可再生等特点,是生物质精炼的重要原料。通过酶水解将高聚糖转化为葡萄糖、木糖等单糖,是目前木质纤维素生物质精炼的重要途径。传统观点认为,酶水解体系中的底物木质素和溶解木质素都会阻碍木质纤维原料中纤维素的酶水解,主要表现为木质素阻碍了纤维素酶对纤维素的可及性、木质素对纤维素酶的非生产性吸附和溶解的木质素或类木质素结构(木质素衍生的酚类分子)对纤维素酶的抑制作用。但是近几年的研究表明,在酶水解体系中加入适量的水溶性木质素可有效促进含木质素底物中纤维素的酶水解。笔者总结了近年来水溶性木质素对木质纤维素生物质酶水解的研究进展,从纤维素酶-木质素相互作用的角度探讨了水溶性木质素对纤维素酶水解的促进作用,提出了水溶性木质素与纤维素酶之间的作用机理,即水溶性木质素与底物木质素对纤维素酶存在竞争吸附,水溶性木质素与纤维素酶的吸附域结合形成木质素-纤维素酶复合物,可有效减少底物木质素对纤维素酶的非生产性吸附,从而提高木质纤维素生物质的酶水解转化效率。     

蒸汽爆破预处理对红柳木质组分及酶解性能的影响

以红柳为材料研究蒸汽爆破预处理强度系数lgR对木质组分和纤维素酶水解性能的影响。结果表明:蒸汽爆破处理对红柳中纤维素和木质素含量的影响并不显著,但是它可以有效破坏红柳的天然物理结构,并且导致大部分半纤维素(木聚糖)产生自水解反应生成单糖和低聚糖溶出,同时产生乙酸、甲酸和糠醛等小分子降解产物。基于纤维素回收率和纤维素酶水解得率分析,在蒸汽爆破强度系数达到4.239时(爆破温度210℃和保温时间10min)对红柳的预处理效果最佳,汽爆物料中纤维素的含量可达到52.4%,残余木聚糖含量仅为2.01%,并生成0.76%甲酸和3.17%乙酸。采用每克纤维素20.0FPIU的纤维素酶用量水解5%(w/w)该汽爆红柳物料48h,纤维素酶水解得率可达到86.6%(未处理的原料仅为15.5%)。这表明无化学品添加的蒸汽爆破是适于红柳糖化及生物炼制的一种有效的预处理方法。     

造纸废弃物麦草废渣高温自水解预处理对酶水解性能的影响

对造纸废弃物麦草废渣进行高温自水解预处理,并对预处理后的麦草废渣进行组成分析和酶解,以纤维素和木聚糖的酶解得率为考核指标,研究了不同自水解预处理条件对麦草废渣酶解的影响。研究表明,预处理后麦草废渣的化学组成和物理结构均发生了改变,纤维素的含量增加,比表面积增大且促进了纤维素的酶解。酶解结果显示,温度对预处理麦草废渣的酶水解得率有着极其显著的影响。以200℃自水解预处理60 min的麦草废渣为酶水解底物(质量浓度50 g/L),添加纤维素酶35 FPIU/g(以纤维素计,下同)、β-葡萄糖苷酶25 IU/g、木聚糖酶120 U/g及2 g/L聚乙二醇(PEG6000),酶解体系50 m L,于50℃酶解36 h,其纤维素和木聚糖酶解得率分别达86.29%和74.03%,是麦草废渣经170℃自水解40 min后酶解得率的2.3倍和2.8倍。     

桉木氨水浸渍预处理响应面优化提高酶解效率

采用氨水中温浸渍（SAA）方法对桉木进行预处理,以期提高其后续酶水解效率。以响应面法主要预处理条件进行优化,以期筛选出SAA预处理的最优工艺条件。结果表明：最佳预处理工艺为氨用量80％、时间11h、温度90℃,在此条件下预处理物料的后续酶解转化率可达31．7％。对预处理物料的分析表明：在SAA预处理过程中,可在不损失纤维素的前提下脱除木素51％,而且主要是紫丁香基型和愈疮木基型木素降解溶出,半纤维素主要是木聚糖也有部分降解溶出。木素及半纤维素的降解、纤维素结晶度的降低都有利于后续的酶水解。     

组合预处理对橡实壳组成及酶解转化的影响

为脱除果壳类原料中的半纤维素和木质素,减少其对纤维素酶的无效吸附,提高酶解转化率。采用蒸汽爆破、Na OH、碱性H2O2及其组合预处理方法,研究不同方法对橡实(蒙古栎种子)壳组成及酶解转化的影响。结果表明,经过2.25 MPa蒸汽爆破预处理后,橡实壳半纤维素由26.81%降低至5.79%,半纤维素脱除率达87.28%,酶水解120 h后葡萄糖得率由10.32%提高至38.36%。橡实壳蒸汽爆破组合氢氧化钠处理后,木质素脱除率可达54.29%。而蒸汽爆破组合碱性H2O2处理后,酶解120 h葡萄糖得率可达76.65%,是未处理橡实壳的7.4倍。     

生物预处理竹子对纤维酶糖化的影响

随着石油资源短缺形势日趋严峻,燃料乙醇作为可再生的替代能源越来越受到重视,为消化大量陈化粮,我国于2001年批准了4个用陈化粮生产燃料乙醇的试点企业.但是,目前粮食燃料乙醇已经开始叫停,2007年5月,财政部制定施行的<可再生能源发展专项资金管理暂行办法>中亦未把玉米、小麦、水稻等粮食列为生产燃料乙醇的原料.