木质素对木质纤维素降解性能的影响

木质素影响木质纤维素降解性能,明确木质素影响木质纤维素降解的程度和机理,对于植物基因改造、纤维素酶基因改造/筛选、预处理工艺优化均具有重大意义。但是由于木质素和木质纤维素结构的复杂性,木质素对木质纤维素影响的程度和机理尚无定论。该文综述了关于目前研究主要集中在木质素的含量和结构对木质纤维素降解性能的影响上,初始木质素含量和残留木质素含量对同物种和不同物种木质纤维素降解性能的影响;木质素单体比例(syringyl units/guaiacyl units)、键连方式、官能团对木质纤维素降解性能的影响;纯化木质素对木质纤维素降解性能的影响。该文为木质素对纤维素降解性能的影响的相关研究工作提供指导。     

蒸汽爆破技术在秸秆厌氧发酵中的应用

该文采用蒸汽爆破技术对秸秆进行预处理,探讨提高秸秆厌氧发酵产气量的新工艺.研究蒸汽爆破预处理的关键参数"爆破压力"和"保留时间"对秸秆厌氧发酵效果的影响.结果表明:蒸汽爆破预处理后的秸秆比未经预处理秸秆厌氧发酵的产气量提高34%～67.36%,蒸汽爆破预处理压力在3.0 MPa、保留时间为90 s时,每克干秸秆厌氧发酵沼气产量最大值达到304.72ml;蒸汽爆破预处理后,秸秆厌氧发酵的启动时间和发酵周期大大缩短.     

利用蒸汽爆破法破壁花粉的技术

以开发花粉破壁的产业化技术为目标,研究了花粉蒸汽爆破技术。通过工艺优化,确定了花粉蒸汽爆破的工艺条件：首先,用0.05 mol/L的柠檬酸液调制40%的花粉浆并用匀浆机搅拌均匀;其次,将花粉浆放入物料室,用0.4 MPa的蒸汽加热至饱和蒸汽压为0.15 MPa并保持11 s;最后,关闭高压蒸汽,打开料液出口阀门,花粉液再喷出,在压力差和温度差的作用下发生爆破。破壁后,花粉营养物质的溶出率超过86%,维生素A、维生素C和粗脂肪量显著增加,细菌总数、大肠杆菌和霉菌总数显著减少;破壁率、A280值及营养物质溶出率在工艺放大过程中无显著差异。新建立的花粉蒸汽爆破技术可高效、安全地破壁花粉,该技术工艺稳定性好、花粉浆浓度高、容易放大,具有良好的产业化应用 前景。     

蒸汽爆破预处理和微生物发酵对玉米秸秆降解率的影响

为了提高玉米秸秆的利用效率,首先对玉米秸秆进行蒸汽爆破预处理（压力2.5 Mpa,维压200 s）,然后再进行米曲霉发酵,研究物理和生物学处理对秸秆成分及相关酶活变化的影响。结果表明,蒸汽爆破使秸秆中纤维素、半纤维素和木质素的降解率分别达到8.47%、50.45% 和36.65% （p＜0.05）。爆破预处理的秸秆再经米曲霉发酵6 d后,秸秆中纤维素和半纤维素的降解率分别为27.89%和64.80% （p＜0.05）,发酵秸秆中的滤纸酶、羧甲基纤维素酶、淀粉酶和蛋白酶活力分别达到335.10、1138.92、1954.20和201.99 U/g。爆破预处理后进行米曲霉发酵,对于提高玉米秸秆的降解率具有非常重要的意义。     

蒸汽爆破玉米秸秆热解特性及其动力学分析

生物质的热解作为生物质能研究开发的前沿技术已得到较为广泛的重视。本文采用热重分析法(thermo gravimetric analysis,TGA)对蒸汽爆破预处理后玉米秸秆的热失重特性及其动力学进行了研究。试样加热速率分别为10、20、30、40、50℃/min,加热终温为800℃,采用高纯氮气作为保护气体。结果表明：蒸汽爆破预处理后玉米秸秆在同样加热速率条件下,热解过程特性显著改变,最大热分解速率提高34.57%;分别利用Coats-Redfern法和Kissinger法确定了热解动力学参数,并获得热解动力学模型;试样与原玉米秸秆相比活化能（E）降低24.13%～32.56%,指前因子（A）提高8%～10%。     

前处理对玉米秸秆蒸汽爆破效果的影响

为提高纤维乙醇生产过程中秸秆的预处理效果,该文研究了水预浸和CaO前处理对蒸汽爆破和酶解糖化的影响,并利用场发射扫描电镜(FE-SEM)、X-射线衍射仪(XRD)及傅里叶红外光谱仪(FTIR)对其影响机制进行了分析。结果表明:玉米秸秆经30%水(水料质量比30:100)预浸5d、经2%CaO(CaO与秸秆质量比2:100)处理3d或经30%水和2%CaO协同处理1d后再进行蒸汽爆破均可显著提高蒸汽爆破对木质素的降解,降解率由单独蒸汽爆破的20.6%分别提高到27.8%、35.1%和30.9%。玉米秸秆经3种复合预处理和酶解糖化后总糖浓度分别为3.81、3.59和3.46g/100mL,糖得率分别为42.2%、39.8%和38.3%,比单独蒸汽爆破预处理分别提高了23.7%、16.6%和12.3%。水预浸或CaO复合蒸汽爆破预处理后秸秆结构破坏严重,秸秆相对结晶度由单独蒸汽爆破的42.6%分别提高到47.0%和54.5%。水浸泡或CaO前处理可提高蒸汽爆破预处理效果和后期糖化效果,且所用试剂价格低廉,可以应用推广。     

蒸汽爆破处理对麦麸的酚酸组成及其抗氧化活性的影响

该试验旨在研究蒸汽爆破处理对小麦麸皮的酚酸组成及抗氧化活性的影响.将麦麸在不同处理压力(0.5,1.5,2.5 MPa)和不同处理时间(30,90 s)条件下进行蒸汽爆破预处理.通过水解和碱提的方法,将得到的麦麸进行提取,得到游离酚酸和结合酚酸2部分,对其中的几种主要酚酸,如香草酸、丁香酸,4-香豆酸,阿魏酸进行研究.结果表明,4种主要酚酸的含量在蒸汽爆破处理后均有所提高,其中阿魏酸的含量最高,结合酚酸中由未处理时的57.232μg/g提高到了1454.092 μg/g.该试验还进行了总酚测定,抗氧化活性的测定.通过总酚的测定可以看出,蒸汽爆破处理后,总酚的含量高于未处理麦麸,且随着处理强度的增加,呈现先增加后减少的趋势,在处理条件为2.5 MPa,30 s,总酚含量最高,约为未处理时的9倍.抗氧化试验得到的变化趋势与总酚呈现相似的规律,与未进行蒸汽爆破预处理的麦麸相比,处理后的麦麸表现出了更高的1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)和2,2-联氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)二铵盐(ABTS)自由基清除率,以及在亚油酸体系中的抗氧化活性和还原能力.当处理条件为2.5 MPa,30 s时,抗氧化活性表现最高.由此可得到,2.5 MPa 30s是蒸汽爆破处理麦麸的最佳条件,此时麦麸中酚酸含量和抗氧化活性均较优,为以后麦麸中酚类物质的深度开发利用提供理论支持.     

蒸汽爆破玉米芯水解液脱毒及其发酵生产燃料丁醇

为探究以玉米芯为原料生产燃料丁醇的最佳工艺技术,该研究对蒸汽爆破玉米芯水解液的脱毒方式及脱毒后的水解液的丙酮丁醇发酵进行了研究。结果表明:D301树脂对玉米芯水解液进行脱毒的综合效果最好,甲酸、乙酸和总酚的脱除率分别达到60%、46.04%和56.31%,香草醛脱除率为100%,对糠醛和5-HMF的脱除率分别达到了82.95%和87.52%;同时总糖的损失率为4.38%。D301树脂脱毒后的水解液经C.acetobutylicum CICC 8016发酵丁醇和总溶剂产量分别为5.2和7.5 g/L,葡萄糖和总糖的利用率分别达到100%和73.67%。当D301树脂脱毒的玉米芯水解液初始糖的质量浓度为50 g/L时,丁醇和总溶剂(丙酮、丁醇和乙醇)的质量浓度分别达到最大9.7和14.6 g/L。该研究为利用玉米芯工业化生产燃料丁醇提供了可靠的技术支持。     

玉米秸秆蒸汽爆破用于厌氧发酵的技术评价

蒸汽爆破可破坏木质纤维素结构,提高纤维素、半纤维素的转化利用率,是秸秆类物质利用的一种有效预处理方式。作者研究了玉米秸秆蒸汽爆破处理及其厌氧发酵过程中的能量平衡关系,结果表明相同维压时间下蒸汽爆破处理后玉米秸秆厌氧发酵过程中的能源转化率随着压力增大而增大,而在相同压力条件下均在90 s维压时间时得到最大能源转化率。玉米秸秆蒸汽爆破后在常温条件下厌氧发酵的最小和最大能源转化率分别为8.39%和11.68%,是对照组的1.38倍和1.92倍。但对蒸汽爆破玉米秸秆厌氧发酵的增量效益-费用比分析表明,因玉米秸秆蒸汽爆破处理而引起厌氧发酵产气量增加所形成产气的能量增加量小于蒸汽爆破处理所消耗的能量,从能量转换角度来说蒸汽爆破并不是玉米秸秆厌氧发酵的最经济处理方式。     

响应面法优化玉米秸秆蒸汽爆破预处理条件

在木质纤维素利用研究领域,高浓度还原糖的获得是实现其能源转化的基础。基于Box-Behnken试验设计,选取维压时间、蒸汽压强和碳酸氢铵浓度为主要影响因素,采用响应面分析法优化了玉米秸秆蒸汽爆破预处理的工艺条件,并建立了工艺数学模型。结果表明：最佳蒸汽爆破预处理条件维压时间227?s,蒸汽压强3.08?MPa,碳酸氢铵2.11%。爆破后的物料经48?h糖化,还原总糖浓度达到60.04?g/L,糖化率达到理论值（71.7%）的83.7%,并验证了数学模型的有效性。试验结果表明蒸汽爆破预处理可以有效提高还原糖浓度。     

蒸汽闪爆处理对生姜纤维吸附性能的影响

生姜纤维来源于废弃的生姜渣,以生姜纤维资源化利用为前提,以制备一种高效处理染料废水的生物质吸附剂为目的,该文对生姜纤维进行蒸汽闪爆、冷冻粉碎联合处理得到闪爆粉碎生姜纤维吸附剂,探究了蒸汽闪爆处理及冷冻粉碎处理、不同吸附条件(吸附时间、pH值、盐浓度和蒸汽压强)对生姜纤维吸附性能的影响。结果表明:蒸汽压强为1.9 MPa时,闪爆粉碎生姜纤维对活性染料RB19的吸附量最高,其最大吸附量(115.12 mg/g)是原生姜纤维(48.80 mg/g)、粉碎生姜纤维(54.10 mg/g)的2.36倍、2.13倍,其吸附动力学过程符合准二阶动力学模型(R2为0.99),吸附等温线符合Langmuir模型(R2为0.99)。闪爆粉碎生姜纤维吸附能力经过吸附、解吸5次循环后仍保留80%,循环吸附性能良好。扫描电镜分析显示,随着蒸汽压强从1.3升高到1.9 MPa,生姜纤维内表面暴露出来,染料分子RB19更容易进入生姜纤维内部。X射线衍射(X-ray diffraction)分析显示,闪爆粉碎生姜纤维与生姜纤维相比,结晶指数从39%下降到20%,无定形区扩大,从而提高其吸附能力。研究结果可为生姜纤维用作染料废水吸附剂提供参考依据。     

汽爆预处理青玉米秸秆厌氧发酵特性

为了研究青玉米秸秆未汽爆和汽爆预处理后厌氧发酵产沼气特性,该文采用汽爆压力为2.5MPa,保压时间为90s,加入质量分数为30%的沼液,未气爆青玉米秸秆的TS(总固体物)质量分数为6%,汽爆预处理青玉米秸秆厌氧发酵的TS质量分数分别为1%、2%、3%、4%、6%、8%、10%和15%,考察了厌氧发酵过程中pH值和产气量随时间和TS质量分数的变化。结果表明:未汽爆秸秆在TS质量分数为6%时能够顺利厌氧发酵,但汽爆秸秆厌氧发酵液极易酸化,且无法调节,适宜的TS质量分数最大为4%;未汽爆秸秆挥发性固体产气率为214.6mL/g,汽爆秸秆在TS质量分数为3%时产气率最大,为334.8mL/g,比未处理秸秆提高了56%;未汽爆秸秆的产气速率为3.3mL/(g·d),汽爆秸秆产气速率随TS质量分数增大而减小,在TS质量分数为1%时最大,为14.8mL/(g·d)。青玉米秸秆经汽爆预处理后其厌氧发酵产沼气的产气率和产气速率大大提高,可以节约发酵时间,缩短发酵周期,有利于秸秆能源化利用的工业化生产。     

蒸汽爆破前后生物质秸秆的物理化学特性

为深入了解汽爆过程对生物质秸秆的影响,采用扫描电镜和太赫兹时域光谱系统,对汽爆前后的秸秆分别做了检测,分别得到了它们的形貌特征、微区成分分布和太赫兹图谱。其形貌特征显示,秸秆薄壁细胞和表皮被汽爆过程所粉碎,秸秆物质的比表面积大大增加,致使增加了物料的接触面积,在制备沼气或生物质燃料过程中,使得其发酵速度增加。太赫兹时域图谱表明,薄壁细胞和表皮物质的吸收系数,随着频率的增加而增加。同时,由于汽爆因素的影响,它们的吸收系数在汽爆前后明显不同,表明其结构发生了一些变化,微区成分分析也证明了这一点。更为重要的是,薄壁细胞在汽爆前后,其吸收光谱分别检测出2个明显的吸收峰,且前后频率位移较大,但其结构变化的机制、变化与振动峰的关系和对振动峰的归属和指认需要做进一步的研究。     

SO2蒸汽预处理对黑松制取生物乙醇的影响

以加拿大不列颠哥伦比亚省甲虫致死黑松为原料,通过SO2催化蒸汽爆破方式对其进行预处理,并对预处理后的原料进行酶水解和乙醇发酵研究,以考察预处理方式结合酶水解对黑松制取乙醇的影响。结果表明,较低的SO2吸收率和原料含水率（干基）影响了预处理效果;水洗对预处理后原料的酶水解效率没有显著的影响;当水解底物质量浓度由20 mg/mL增加到150 mg/mL时,水解率均在42%左右,底物质量浓度的增加纤维素的水解率没有受到显著影响。从发酵结果看,黑松经汽爆预处理后,不进行水洗处理更有利于后续发酵。分步糖化发酵乙醇得率可以达最大乙醇得率的66%,而同步糖化水乙醇得率为55%。由此可见,低浓度SO2催化汽爆预处理低湿度黑松不能得到较好的预处理效果,需进一步优化。     

温度-压力解耦条件下汽爆玉米秸秆物化作用及酶解效果

为研究温度-压力解耦条件下汽爆玉米秸秆物化作用及其酶解效果,分别采用不同蒸煮温度（453、471和485 K）和不同爆破压力（1.0、1.5和2.0 MPa）对玉米秸秆进行汽爆处理,测定并分析对其物理结构（微观形貌和多孔特性）、化学组成（组分含量、官能团结构和结晶程度）和热力学性质的影响。结果显示：随蒸煮温度增加,汽爆秸秆中半纤维素和乙酰基含量最高降低50.69%和67.11%,木质素含量最高增加17.66%,整体热稳定性增加;水洗液中糖类产物含量最高降低45.37%,而有机酸和糠醛类含量最高增加37.66%和73.21%。随爆破压力增加,汽爆秸秆多孔特性得到改善,具体表现为累积孔体积、累积孔面积、平均孔径、孔隙率、渗透率和迂曲度均有不同程度增加。汽爆水热改性作用对提升秸秆酶解效果的贡献大于其物理爆破作用,但在较高温度条件下对结构性成分的过度降解可能导致回收率降低,从而影响葡萄糖得率。在471 K低温维持和2.0 MPa高压爆破条件下,汽爆秸秆纤维素水解率最高达到87.99%,表明温压分控汽爆预处理策略有效促进秸秆纤维素酶解转化。研究可为揭示木质纤维素类物料汽爆过程物化作用机理、提高预处理和后续转化利用效果提供理论依据。