木质素降解产物对纤维素酶和木聚糖酶水解的抑制

在稀酸等化学预处理过程中,木质素会降解生成酚类等产物进入后续糖化阶段,研究表明这些木质素降解产物会抑制木质纤维降解酶的水解效率,然而其抑制机制尚不清楚。笔者选择了3种典型的木质素降解产物:香草醛、4-羟基苯甲醛和丁香醛,考察了它们对商品纤维素酶和木聚糖酶,以及单一关键纤维素酶组分和β-木糖苷酶水解的影响,并探讨其抑制规律。实验结果表明,这3种木质素降解产物对纤维素酶和木聚糖酶的水解均有抑制,其抑制能力随降解产物浓度的增加而增强。当3种木质素降解产物的质量浓度为10 mg/m L时,纤维素酶水解微晶纤维素48 h的葡萄糖得率由71.17%分别减少到33.80%、29.52%和32.03%,说明这3种木质素降解产物对纤维素酶的抑制作用差异不明显。3种木质素降解产物对β-葡萄糖苷酶水解纤维二糖的效率没有影响,但是会强烈抑制外切葡聚糖酶CBH I的酶活。当木质素降解产物的质量浓度为2 mg/m L时,与未添加木质素降解产物的酶活相比,CBH I酶活分别降低至79.64%、86.76%和71.89%,抑制强弱顺序为:丁香醛香草醛4-羟基苯甲醛。此外,3种木质素降解产物对木聚糖酶和β-木糖苷酶的抑制强弱顺序均为:4-羟基苯甲醛香草醛丁香醛,当3种木质素降解产物的质量浓度为10 mg/m L时,木聚糖酶水解木聚糖48 h的木糖得率由57.28%分别减少到12.26%、20.16%和30.43%。抑制动力学试验表明,4-羟基苯甲醛对CBH I的抑制属于竞争性抑制,对β-木糖苷酶的抑制属于非竞争性抑制。     

碱性木质素对玉米秸秆成型特性的影响

为了研究碱性木质素对玉米秸秆成型特性的影响及其软化黏结作用,以玉米秸秆为原料进行压缩成型,考察添加碱性木质素对成型效果的影响。结果表明:碱性木质素能够促进成型,改善成型效果,当添加量由0提高到20%时,玉米秸秆成型颗粒的松弛密度由1 005 kg/m3增大到1 157 kg/m3,径向最大抗压力由1 353 N增大到1 930 N。采用DSC对玉米秸秆和碱性木质素的热转变特征温度进行了研究,结果表明:玉米秸秆和碱性木质素的玻璃态转变温度分别在92.5~103℃、61~137℃之间;在玻璃态转变过程中,100℃时存在比能耗最低点;100~130℃为碱性木质素起较好黏结作用的温度范围。采用SEM对颗粒微观形态进行观察,发现碱性木质素发生玻璃态转变后在颗粒内部能够形成局部熔融和机械互锁两种结合形式,适合的碱性木质素添加量为10%~15%。     

表面活性剂对慈竹酶水解效率的影响

对比研究了非离子表面活性剂和阴离子表面活性剂对碱处理慈竹木质纤维素原料酶水解效率的影响,结果表明:非离子表面活性剂对酶水解具有促进作用,将纤维素转化率由50.4%提高至70.7%,木聚糖转化率由54.9%提高至69.4%。而阴离子表面活性剂对酶水解具有抑制作用,使纤维素和木聚糖转化率分别下降至29.9%和27.0%。     

纤维素酶水解的进展

随着世界人口的增长,粮食与能源危机将危及人类的生存。在现有些国家已苦恼于粮食不足,作为传统的粮食生产,指望大幅度提高单位面积产量不大可能。同时耕地面积由于建     

蒸汽爆破玉米秸秆的分段酶水解

以蒸汽爆破预处理的玉米秸秆为原料,探讨了分段酶水解和超滤回用β-葡萄糖苷酶的工艺对水解效果的影响。结果显示:三段酶解过程中由于反应产物纤维二糖和葡萄糖的及时移除,使产物对纤维素酶的抑制作用大大降低,提高了纤维素酶水解得率和纤维二糖转化为葡萄糖的效率,并且缩短反应时间。与一段酶水解工艺相比,(6+6+12)h三段酶水解蒸汽爆破玉米秸秆使纤维素水解得率从62.83%提高到70.16%,并且水解时间从72 h减少到24 h。蒸汽爆破玉米秸秆由23%的结晶区和77%的无定形区组成,经纤维素酶(6+6+12)h三段水解后,水解残渣在衍射角2θ为16°和22°处的两个衍射峰变得更加突出,衍射强度有所增强。用截留分子质量为30 ku的超滤膜回收水解液中的β-葡萄糖苷酶并进行下一轮酶解,回用第一轮β-葡萄糖苷酶的回收率为98.87%,葡萄糖的得率为92.71%;回用至第八轮β-葡萄糖苷酶的回收率为95.25%,葡萄糖的得率为90.87%。     

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。     

固体酸水解玉米秸秆制备糠醛的研究

为了减少使用液体酸制备糠醛时对环境的影响,以玉米秸秆为原料,以SO42--TiO2/黏土固体酸为催化剂制备糠醛.对水解温度、时间和固体酸用量等主要影响因素进行了分析,采用响应面法对制备工艺进行了优化,并建立了二次回归模型.当玉米秸秆的粒度为O.45mm、固液比1:10(g:mL)、水解温度为158℃,水解时间为3.8 ...     

木质素聚醚非离子表面活性剂的合成与性能研究

以造纸废液中回收的碱木质素为原料通过与环氧丙烷和环氧乙烷的烷氧化反应,合成了木质素聚醚非离子表面活性剂.得到的产物在不同pH值条件下均具有较好的溶解性,使用红外光谱分析对产物的结构进行了表征,使用紫外光谱定量分析方法测定了产物中木质素的含量,并对其表面活性、亲水亲油平衡(HLB)值、浊点、增容性等性能进行了测试.当 n (木质素羟基)∶ n (环氧丙烷)为1∶10,产物对苯的增容性能为0.75mL/g,泡沫高度110mm,HLB值为14.7,浊点为42.7℃,木质素聚醚质量分数2.5%时,表面张力可达到37.0mN/m,测试数据证明合成的木质素非离子表面活性剂具有良好的表面活性.     

松节油基阴离子表面活性剂的合成研究

以松节油、马来酸酐(MA)和环氧乙烷(EO)为基本原料,通过加成、酯化及聚合等化学反应,分别合成了松节油基聚氧乙烯酯(TMEE)和松节油基阴离子型表面活性剂(TMAS).重点讨论了不同原料配比、催化剂、反应温度及反应时间等因素对TMAS合成反应的影响,并对表面活性剂的红外光谱进行了解析.     

松节油基阴离子表面活性剂的合成研究

以松节油、马来酸酐（MA）和环氧乙烷（EO）为基本原料，通过加成、酯化及聚合等化学反应，分别合成了松节油基聚氧乙烯酯（TMEE）和松节油基阴离子型表面活性剂（TMAS）。重点计论了不同原料配比、催化剂、反应温度及反应时间等因素对TMAS合成反应的影响，并对表面活性剂的红外光谱进行了解析。     

纤维素基表面活性剂在脱墨上的应用

以纤维素为基体合成表面活性剂,并应用于混合办公废纸(MOW)脱墨中,研究了纤维素表面活性剂与脱墨效果和脱墨浆强度之间的关系.结果表明,单独使用产品羧甲基钠纤维素聚氧乙烯醚(7B424)对提高纸张的白度和减少残余油墨量效果不大,但脱墨浆的强度有明显的提高,其抗张强度和撕裂度分别增加4.73%和15.20%.产品7B424...     

表面活性剂对有机硅包覆松香基环氧树脂微胶囊的影响

以马来海松酸酐缩水甘油酯型环氧树脂(MPTGE)为原料与聚乙二醇反应合成了一种与MPTGE具有相似分子结构的松香基非离子型表面活性剂(MP),再以MP及其它5种常用表面活性剂乳化MPTGE作为嚢芯,正硅酸四乙酯(TEOS)为囊壁,采用溶胶-凝胶法制备了一种新型有机硅包覆环氧树脂微胶囊。研究了不同种类及用量的表面活性剂对微胶囊粒径及其分布的影响,并通过光学显微镜、扫描电镜、Zeta粒径测定等分析方法表征了微胶囊的表面形貌、粒径尺寸及分布。结果表明,表面活性剂MP有助于有机硅包覆环氧树脂微胶囊的形成;在MP用量为16.7%(质量分数)时,制备的微胶囊表面光滑致密、分散均匀。     

连接基性质对松香基季铵盐Gemini表面活性剂的活性影响

以四甲基乙二胺及三乙烯二胺为连接基制备了两种松香基季铵盐Gemini表面活性剂Ⅰ与Ⅱ,经表面活性分析:Ⅰ与Ⅱ的CMC值分别为1.42×10-4、9.7×10-4 mol/L,γCMC为36.69、43.41 mN/m;乳化时间为16、10 min;降低表面张力的效率(pc20)计算值为4.2、3.2;HLB计算值皆约为14.45;Ⅰ与阴离子相溶性好,Ⅱ与阴离子相溶性较差.由实验分析结果探讨了连接基性质对松香基季铵盐Gemini表面活性剂的影响,结果表明:以柔性链为连接基的松香基季铵盐Gemini表面活性剂Ⅰ的活性优于以刚性链为连接基的松香基季铵盐Gemini表面活性剂Ⅱ.     

二乙醇胺基木质素非离子表面活性剂的制备及表征

依据酸沉淀法对碱木质素进行了分级,分级后pH值4 ～ 6的木质素与环氧氯丙烷、二乙醇胺反应,制备了木质素基非离子表面活性剂.通过红外光谱、含氮量的测定对产物的结构进行了表征,通过表面张力测定对产品的表面活性进行了分析.结果表明:木质素基非离子表面活性剂固含量为32.6%,含氮量为1.99%,红外光谱分析可确定在木质素上引入了环氧氯丙烷和二乙醇胺,水溶液表面张力降低到53.27mN/m,表明二乙醇胺基木质素非离子表面活性剂(DLNS)具有良好的表面活性.另外通过与十二烷基磺酸钠(SDS)复配后浊度的测定,表明产品在SDS与DLNS的体积比为20: 3 ～ 20: 20范围与SDS复配,浊度较低,复配效果较好.     

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。     

蒸汽预处理玉米秸秆酶水解速率下降的因素分析

为评价导致纤维素酶水解速率下降的因素,以底物质量浓度为50 g/L葡聚糖及酶用量为20 FPIU/g滤纸酶活和10 IU/g β-葡萄糖苷酶活的蒸汽预处理玉米秸秆酶水解为研究对象,探讨了影响酶水解速率的潜在因素,包括物料反应性能、纤维素酶非特异性吸附、酶失活及终产物抑制。结果表明：酶用量40 FPIU/g条件下酶水解6 h及12 h后,蒸汽预处理玉米秸秆的物料反应性能分别下降了16.0%及23.7%,然而,在酶用量为20 FPIU/g时,物料反应性能的下降对酶水解速率的影响极其有限;酶解木质素的添加使得1 h酶解上清液中酶蛋白浓度降低了20.8%,但初始酶水解速率并未显著降低,即木质素对纤维素酶的非特异性吸附对酶水解速率影响不大;两段酶水解中纤维素酶的更新使得7h酶水解速率由一段酶水解中的1.30 g/(L·h)提高至1.83 g/(L·h);两段酶水解中终产物的去除则使得7 h酶水解速率提高至4.76 g/(L·h),是一段酶水解中7 h酶水解速率的3.66倍。综合而言,酶失活及终产物抑制对酶水解速率影响较大,其中终产物抑制是导致蒸汽预处理玉米秸秆酶水解速率降低的关键因素。     

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。     

稀酸预处理对玉米秸秆中4类非木质素组分的降解规律研究

分离制取玉米秸秆中非木质素类的4类组分纤维素、半纤维素、热水提取物和乙醇提取物,采用高效液相色谱研究其在稀硫酸预处理过程中主要水溶性降解产物的生成规律。其中,纤维素降解生成葡萄糖、甲酸、乙酰丙酸和5-羟甲基糠醛;半纤维素降解生成木糖、阿拉伯糖、葡萄糖醛酸、半乳糖醛酸、乙酸和糠醛;热水提取物降解生成葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、甲酸、乙酸、乙酰丙酸、5-羟甲基糠醛和糠醛;乙醇提取物降解生成少量的葡萄糖、木糖、乙酸、乙酰丙酸和5-羟甲基糠醛。抑制物甲酸、乙酰丙酸和5-羟甲基糠醛主要来自纤维素,乙酸和糠醛来自半纤维素,产量可分别为1.4%、2.7%、2.2%、3.1%和7.8%(以玉米秸秆计)。硫酸质量分数是影响乙酸产量的主要工艺因素,而反应温度是影响甲酸、乙酰丙酸、5-羟甲基糠醛和糠醛产量的主要工艺因素。     

啤酒麦糟纤维素酶水解的研究

以经过适当预处理后的啤酒麦糟作原料，采用里氏木霉产生的纤维素酶进行水解．其纤维素的水解反应可描述为：①前６小时内迅速水解；②６～２４小时内较慢水解；③２４小时后缓慢水解．在水解过程中，存在纤维二糖的积累．且以前６小时积累较多，纤维二糖的最高浓度可达７．５２ｇ／Ｌ．水解前期采取分批添料方法，可提高水解得率和底物浓度．并大大提高水解液中还原糖的浓度．