甲醛/二氧六环预处理慈竹制单糖及乳酸

以慈竹为原料,研究了甲醛/二氧六环预处理对竹材纤维素酶水解糖得率的影响,并探索了酶水解液发酵生产乳酸工艺。研究结果表明：该预处理可以脱除木质素,大幅提高预处理得到的底物中纤维素的含量,纤维素质量分数可达75.6%～90.7%;预处理后底物酶水解的葡萄糖最高得率为92.8%;酶水解液可以直接用于发酵生产乳酸,葡萄糖转化为乳酸得率可以达73.2%。借助扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)仪和离子色谱仪等手段分析预处理前后竹材结构的变化情况,发现预处理后竹材表面卷曲,蜡质几乎被完全溶解脱除,结构疏松。     

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。     

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。     

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).     

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%。     

糠醛渣/木薯渣混合底物同步糖化发酵转化乙醇研究

研究了糠醛渣(FR)经不同强度绿液-过氧化氢预处理脱木质素后,与木薯渣(CR)混合进行同步糖化发酵生产乙醇,通过改变原料底物浓度、纤维素酶用量和添加无患子表面活性剂来优化混合底物同步糖化发酵条件,并分析了发酵过程中乙醇和副产物的浓度变化。结果表明,在糠醛渣预处理条件为:底物质量浓度5g/L、温度80℃、H_2O_2用量为0.6g/g、绿液用量为2mL/g(以糠醛渣计)预处理时间3h,在此条件下糠醛渣木质素脱除率可达56.5%。同步糖化发酵产乙醇条件为无患子皂素表面活性剂添加量0.5g/L,纤维素酶用量12FPU/g,纤维二糖酶用量15IU/g,预处理后的糠醛渣与木薯渣混合作底物(质量比为2∶1),底物质量浓度200g/L时,发酵120h最终乙醇质量浓度可达56.6g/L,乙醇得率为86.3%。同步糖化发酵过程中添加无患子皂素表面活性剂不仅降低了纤维素酶用量,还可延缓副产物乳酸的形成,减小甘油生产波动。     

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。     

基于高底物浓度的纤维素酶三段水解桑木粉得率与形貌分析

为改善高底物浓度酶水解过程中产物抑制问题,采用三段酶水解方法,通过在水解过程中及时移除反应产物纤维二糖和葡萄糖,降低产物抑制作用,增加酶反应速率,从而提高酶水解得率、缩短酶反应时间。与原料和经NaOH预处理的桑木比较,NaOH-Fenton预处理后的桑木中木聚糖含量明显降低,纤维素含量相对增加,木质素含量变化较小。无论是一段水解还是三段水解,纤维素酶水解得率均随底物质量浓度的升高而下降。在0.30 g/m L(m/V)底物质量浓度下,当酶用量增加为40 U/g(以纤维素质量计)时,三段(10+10+10)h酶水解得率74.16%,比一段水解72 h得率45.61%增长了62.60%,并且水解时间缩短了42 h。该研究结果对提高纤维素酶水解得率、降低纤维资源制取燃料乙醇成本具有指导意义。     

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。     

木质纤维同步糖化共发酵产燃料乙醇过程优化

经蒸汽爆破预处理的杨木为原料进行同步糖化共发酵(SSCF)法产乙醇。使用里氏木霉Rut C-30产纤维素酶,滤纸酶活(FPA)与纤维素酶产酶速率最大值分别为6.283 IU/mL、0.035 IU/mg.h。同步糖化共发酵中,重组大肠杆菌(KO11)与酿酒酵母的混合发酵乙醇产量高于单菌种发酵。乙醇含量随残糖量的降低而逐渐升高。底物浓度为5%和10%时,乙醇含量最高值分别为8.97 g/L和13.98 g/L,乙醇得率分别为53.8%和41.9%。     

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。     

木质素基表面活性剂对玉米秸秆纤维素酶水解的促进作用

木质素是影响木质纤维原料酶水解的关键因素。本研究通过聚乙氧基接枝修饰制备木质素基表面活性剂,并探究其对预处理玉米秸秆纤维素酶水解的影响机制。结果表明,木质素基表面活性剂对蒸汽爆破预处理玉米秸秆酶水解有显著的促进作用。木质素基表面活性剂的最适添加量为0025 0 g/g(以纤维素计)。在最适添加量下,碱木质素基表面活性剂及醇溶木质素基表面活性剂使得蒸汽爆破预处理玉米秸秆72 h酶水解得率分别提高了275%和281%。与此同时,72 h酶水解液中外切葡聚糖酶酶活力分别提高了493%和410%;β-葡萄糖苷酶酶活力分别提高了196%和137%。说明木质素基表面活性剂可减少纤维素酶的无效吸附,从而起到对酶水解的促进作用。     

蒸汽爆破预处理对杜仲皮活性成分和杜仲胶提取的影响

对杜仲皮先进行蒸汽爆破预处理,然后利用纤维素酶对预处理杜仲皮进行水解提取活性成分及杜仲胶。考察了蒸汽爆破预处理条件对杜仲皮中活性成分及杜仲胶得率和杜仲胶相对分子质量的影响。研究结果显示:乙醇超声波提取未预处理杜仲皮中活性成分的较优条件为:1 g杜仲皮粉末,以乙醇为溶剂,乙醇体积分数40%,料液比1∶10(g∶mL),超声功率200 W,提取温度40℃,提取40 min。在此条件下,以蒸汽爆破预处理杜仲皮为原料,当预处理蒸汽压力为3.25 MPa、预处理时间为1 min时,乙醇超声波提取黄酮和绿原酸的得率分别为26.83和1.22 mg/g,纤维素酶水解提取黄酮和绿原酸的得率分别为19.17和0.93 mg/g。预处理后的杜仲皮经酶解后固体残渣可用于提取杜仲胶,当预处理压力为0.52 MPa、预处理时间为15 min时,杜仲胶得率可达5.92%,其M_w和M_n分别为28.39×10~4和6.45×10~4。     

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。     

几种纤维素酶制剂水解和吸附性能的研究

比较了商品纤维素酶和自产纤维素酶在蛋白组分及蛋白组分含量上存在的差异。商品纤维素酶水解稀酸预处理和蒸汽爆破预处理的玉米秸秆,其水解得率均低于自产纤维素酶。以蒸汽爆破的玉米秸秆为碳源制备纤维素酶,添加外源8 IU/g(以纤维素计)的β-葡萄糖苷酶,水解蒸汽爆破的玉米秸秆48 h,纤维素水解得率为90.08%;水解液中纤维二糖的质量浓度从17.06 g/L降低到1.12 g/L,相应葡萄糖质量浓度从21.09 g/L提高到44.01 g/L,可发酵性糖从55.28%提高到97.52%。微晶纤维素对商品酶和自产酶的吸附在30 m in达到平衡,且符合Langmu ir等温吸附方程;由Langmu ir常数分析得知两类酶均来自里氏木霉,且对微晶纤维素的亲和力相差不大。     

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。     

酸预处理对毛竹酶解糖化的影响

竹子富含纤维素和半纤维素,是生产纤维素乙醇的潜在原料来源。而预处理过程是研究的重点和难点之一。本文以毛竹为原料,研究了微波消解稀酸预处理对其化学组成及其酶水解的影响。结果表明,预处理条件为酸用量为2%(w/w干物质),固液比1∶6,温度180℃,时间30min时,能脱除97.2%的半纤维素。预处理得到的底物在酶用量为纤维素酶20FPU/g纤维素和β-葡萄糖苷酶40IU/g纤维素,水解48h,纤维素水解得到葡萄糖的收率由2.41%(未经预处理)提高到52.72%。酶水解过程中,酸不溶木质素的存在,可导致葡萄糖收率的降低。     

碱性亚硫酸盐预处理对杂交狼尾草酶水解特性的影响

杂交狼尾草(Pennisetum americanum×P.purpureum)生长速度快、产量大、抗逆性和适应性强,是制备生物能源和化学品的极具潜力的原料。为实现杂交狼尾草高效酶水解,分别采用氢氧化钠、亚硫酸钠和碱性亚硫酸钠对其进行预处理,分析其对原料化学组成和结晶度的影响,探讨纤维素酶剂量、纤维素酶与木聚糖酶的协同、酶系组成对酶水解的影响。结果表明,1%NaOH或4%Na_2SO_3预处理可将杂交狼尾草木质素质量分数从19.5%降为10%~15%。在1%NaOH预处理时加入Na_2SO_3可将底物中木质素质量分数降为5%以下,细胞壁多糖质量分数达95%以上。由于其良好的可降解性能,纤维素酶水解预处理杂交狼尾草时剂量可低于10 U/g,且添加木聚糖酶的效果较增加纤维素酶剂量效果更好。在底物质量分数为10%时,每克底物添加10 U纤维素酶、1 000 nkatβ-葡萄糖苷酶和2 mg木聚糖酶进行水解,经4%Na_2SO_3+1%NaOH预处理后杂交狼尾草的葡萄糖和木糖得率分别高达94.2%和84.0%。碱性亚硫酸盐预处理在高底物质量分数、高效酶水解杂交狼尾草中具有较大应用潜力。     

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%.     

蒸汽爆破尾叶桉木材的化学组分及纤维素酶水解工艺

采用蒸汽爆破技术处理尾叶桉木材，研究蒸汽爆破对其主化学成分的影响，以及爆破材料用纤维素酶水解的工艺，确定了水解糖化条件：温度50qC，pH值4．8，酶用量25FPIU／g底物，底物浓度2％。结果表明，蒸汽爆破过程溶解出一定量的半纤维素和木质素，而纤维素基本不受损失，有利于提高酶解率；爆破前用硫酸预处理，木质素脱除率和木聚糖分解率在同样的爆破压力下比未用硫酸预处理的高。在最优的水解条件下，硫酸预处理，2．2MPa爆破的尾叶按木材多糖水解率达到82．43％，比未用硫酸预处理的提高36．86％。