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).     

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。     

蒸汽预处理玉米秸秆酶水解速率下降的因素分析（英文）

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/gβ-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7 h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。     

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。     

外源添加物强化中温碱抽提玉米秸秆渣酶解过程的研究

以中温碱抽提玉米秸秆渣为研究对象,考察了不同外源添加物对酶解工艺的辅助作用和影响机制。研究结果表明,采用中温碱抽提玉米秸秆可以脱除50.02%木质素,添加PEG6000辅助水解作用明显。当纤维素底物质量浓度40 g/L,酶用量在纤维素酶(Celluclast 1.5 L)15 FPIU/g和纤维二糖酶(Novozyme 188)30 BU/g水解48 h,添加PEG6000 4.0 g/L葡萄糖得率73.51%,酶解率84.51%,较未添加样品上升幅度分别达到26.2%和27.1%。添加PEG不仅可以减轻酶蛋白和碱抽提玉米秸秆渣的吸附,提高酶在液相中的分配,对纤维素酶活力和稳定性也具有显著的促进作用。PEG存在下纤维素酶1.5 L的滤纸酶活提高34.1%,稳定性提高57.3%。     

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。     

化学助剂对杨木酶水解及发酵制备枯草芽孢杆菌的影响北大核心

以乙酸、乙酸-双氧水两步预处理后的杨木残渣为底物,探讨化学助剂的种类和浓度对纤维素酶水解的影响,并以纤维素酶水解液中单糖为碳源,对枯草芽孢杆菌进行发酵培养,探究表面活性剂种类和剂量对其发酵过程的影响。结果表明:额外添加1000nkat/g的β-葡萄糖苷酶,杨木葡萄糖和木糖得率分别提高到74.35%和95.43%。添加吐温-80、PEG-6000、木质素磺酸钠对酶水解均有促进作用,且PEG-6000促进效果更为显著。不同表面活性剂对发酵有不同影响,吐温-80和PEG-6000在一定程度上抑制菌株生长,而木质素磺酸钠对发酵有促进作用,添加量为1g/L时活菌数提高到2.10×10^(9)CFU/mL。研究结果为木质纤维素的生物转化益生菌提供了科学依据。     

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。     

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%。     

乙酸-亚硫酸盐两步预处理对杨木木质素吸附纤维素酶的影响

以杨木为原料,采用乙酸预处理制备低聚木糖后,对固体残渣进行亚硫酸盐预处理移除木质素,以提高杨木纤维素的酶解效率,但该两步预处理对杨木木质素结构及其非生产性吸附酶的影响仍不明确。笔者考察了乙酸-亚硫酸盐两步预处理对杨木酶水解率、木质素结构和木质素理化性质的影响,探讨了该两步预处理对杨木木质素吸附及脱附纤维素酶的特性。结果表明,两步预处理后杨木残渣中木质素含量减少,当酶添加量为20 FPU/g干物质量时,纤维素水解得率从32.4%增加到67.1%。乙酸-亚硫酸盐预处理后木质素(AA-AS-lignin)的Zeta电位、疏水性及分子量减小,而其紫丁香基与愈创木基结构单元数量比值S/G、酚羟基及硫元素的含量增加。相比未预处理的木质素(BM-lignin),AA-AS-lignin对纤维素酶水解的抑制率从1.0%增加到16.5%。AA-AS-lignin对纤维素酶的吸附增强,结合强度从24.7 mL/g(BM-lignin)增大到72.1 mL/g。乙酸-亚硫酸盐预处理降低了木质素对纤维素酶的脱附能力,纤维素酶的脱附回收率从61.1%降低到28.8%,且相较于BM-lignin,结合在AA-AS-lignin上的纤维素酶的水解活力较低。研究结果可指导乙酸-亚硫酸盐预处理后杨木的高效纤维素酶水解,为实现杨木的多组分转化利用提供了新思路。     

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。     

绿液预处理麦秆纤维素酶水解的研究

研究了绿液预处理对麦秆酶水解的影响.比较了不同绿液预处理条件下麦秆的浆得率、成分组成与纤维素酶解率,结果表明,预处理条件越剧烈,原料损失越大,而木质素脱除率越高,且在相同酶水解条件下,纤维素酶解率却越高,其中适宜的条件是预处理温度150℃,总碱量8％(Na2O计,对绝干原料)和硫化度40％,浆得率62.0％,葡聚糖、木聚糖和木质素质量分数50.0％、18.9％和16.2％,葡萄糖和木糖得率分别为74.2％和73.5％.考察了质量浓度和酶用量对绿液预处理麦秆酶水解的影响,优化了商品纤维素酶酶系结构和Tween-80的添加量,表明绿液预处理麦秆纤维素酶水解的适宜条件为质量浓度100 g/L,纤维素酶用量15 FPU/g(以纤维素计,下同),β-葡萄糖苷酶9 IU/g,木聚糖酶30 IU/g,Tween-800.05 g/g.在以上条件下,酶水解72 h,葡萄糖得率和木糖得率分别达到了82.5％和77.8％,是优化前的2.6和1.6倍.     

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。     

培养基组成对里氏木霉合成纤维素酶的影响

研究了碳源种类及比例、氮源种类及比例、碳氮比和添加物等对里氏木霉合成纤维素酶的影响.里氏木霉以含纤维素质量比为4:6的蒸汽爆破玉米秸秆和微晶纤维素为碳源,含氮素质量比为5:2的硫酸铵-尿素为氮源,C/N为6,添加4g/L黄豆粉和10g/L麸皮为主要成分的培养基合成纤维素酶,纤维素酶活力在培养132 h达到最大,滤纸酶活...     

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％。     

硫酸盐木质素对预处理杨木酶水解糖化的影响

为研究水溶性硫酸盐木质素对不同预处理杨木酶水解的影响,将硫酸盐木质素(KL)进行分级处理形成水溶性硫酸盐木质素(KL5)后,分别添加到纤维素酶(CTec2)水解体系中,考察KL与KL5对绿液(GL)、酸性亚硫酸氢钠(AS)及亚硫酸钠-甲醛(SF)预处理杨木底物浆料酶水解糖化效率的影响。结果表明:在GL预处理条件下,随着KL5用量的增加,各聚糖转化率和酶水解反应速率均显著提高,当KL5用量为0.1 g/g时,底物总糖转化率达到最大值83.1%,但添加KL会抑制酶水解糖化效率;在AS和SF预处理条件下,底物中添加KL5后各聚糖转化率与GL预处理酶水解各聚糖转化率相似;在较低浓度条件下,KL5对GL预处理酶水解效率的促进作用明显优于Reax 85A和PEG 4000添加剂。改性工业废渣硫酸盐木质素作为酶水解助剂能够明显提高酶水解糖化效率,为高效利用过程废液废渣组分、减少水解酶的用量成本提供理论依据。     

木质纤维素丁酸预处理及其高效合成丁醇的调控

利用可再生的木质纤维素资源生产丁醇等液态燃料,可以实现农林废弃生物质的高值转化。以典型农林废弃物玉米秸秆为研究对象,选取丁醇生物合成前体物质丁酸作为预处理剂,拟建立生物质高效解聚/酶解及丁醇合成的优化工艺。结果表明：在180℃、50 g/L丁酸溶液中预处理0.5 h后,固体组分中的葡聚糖质量分数提高至47.25%,葡聚糖质量回收率达88.53%;在此预处理工艺下将固体组分进行酶解,当固液比和纤维素酶添加量分别为1∶5(g∶mL)和10 FPU/g底物时,酶解72 h的葡萄糖质量浓度达到70.8 g/L。这说明丁酸预处理可以有效破解玉米秸秆的复杂结构,进而提高纤维素酶的可及度。以丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicum ATCC 824)为发酵菌株,探究了秸秆酶解得到的葡萄糖和预处理残余丁酸作为底物进行丁醇合成的性能。当利用秸秆酶解产生的葡萄糖作为补料碳源时,丁醇产量从4.89 g/L提高到9.34 g/L。将秸秆酶解液和残余丁酸作为共底物补料时,发酵结束时的丁醇产量和生产效率分别达到10.58 g/L和0.147 g/(L·h),比对照组提高了116%,这表明...     

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。     

几种纤维素酶蛋白的双向电泳分析

利用双向电泳技术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的差异.结果表明:自产酶和商品酶的主要蛋白均为外切酶CBH,但在内切酶EG的分泌上存在差异,以蒸汽爆破和稀酸预处理玉米秸秆为碳源的自产纤维素酶A和B,EG Ⅰ表达量分别占各自分泌组总蛋白的18%和7%,EGⅡ表达量分别占各自分泌组总蛋白的12%和...     

洗涤模式对蒸汽爆破玉米秸秆脱毒的影响

采用3种洗涤模式对蒸汽爆破预处理玉米秸秆进行脱毒,研究了其酶水解液的乙醇发酵性能,比较了不同用水量下逆流洗涤蒸汽爆破玉米秸秆酶水解液的乙醇发酵性能.结果表明,逆流洗涤脱除主要发酵抑制物的效果最好,批式分次洗涤效果次之,批式洗涤效果最差,3种洗涤方式对主要发酵抑制物乙酸的脱除率分别为100％、92.27％和77.66％.蒸汽爆破玉米秸秆经固液比1∶7.5(g∶ mL)逆流洗涤、酶水解和水解糖液浓缩后被酿酒酵母发酵24 h,糖利用率97.58％,乙醇得率93.74％.