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。     

纤维素预处理技术的发展

预处理在纤维素的衍生物反应和功能转化中起着非常重要的作用。本文综述提高纤维 可及度和反应性能的各种物理和化学的预处理技术及其发展,并对蒸汽爆破、微波、超声波等预处理新技术作一简单介绍。     

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。     

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).     

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%.     

蒸汽爆破预处理对樟芝液体培养的影响

采用7个维压时间的蒸汽爆破对猴樟Cinnamomum bodinieri树枝进行预处理,并通过扫描电镜、木质素、纤维素、碳含量和有机氮含量等指标进行分析,再将这8组猴樟水提物添加到樟芝Ganoderma camphoratum液体培养基中,研究其对液体培养樟芝菌丝体总三萜、总多糖含量的影响。结果表明,通过蒸汽爆破的预处理,猴樟树枝的形态发生了明显的变化,扫描电镜图显示随着维压时间的增加,大的碎块断裂,逐渐呈现出许多小孔,且纤维素、木质素、碳和氮含量均呈缓慢上升趋势,碳氮比却显著下降并在300 s时降到真菌培养基的理想水平25;同时证实蒸汽爆破预处理均可以促进樟芝液体培养产三萜和多糖,最高值比对照组分别提高了16.80%和25.00%,其中当维压时间在300s时,总三萜的含量达到最大。研究结果表明汽爆可破坏猴樟的表皮、纤维层,有效提高其有效成分的提取,预示此技术在有效成分提取中具有广阔的发展前景。     

蒸煮爆破处理过程中毛竹材加工剩余物主要化学成分的变化研究

采用硫酸水解法(aldito-acetate procedure)、X射线粉末衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析了蒸爆过程中毛竹材加工剩余物纤维聚集态结构及主要化学成分的变化.研究结果表明,(1)毛竹材加工剩余物经蒸爆处理,60%左右的半纤维素水解,木质素低分子化且裸露到纤维表面,易被80%乙醇及木质素溶剂提取,从而实现毛竹材加工剩余物主要组分的有效分离.(2)毛竹材加工剩余物经蒸爆处理,80%乙醇抽提物得率提高,综纤维素得率减少,木质素含量减少:葡萄糖相对含量增加,半纤维素降解明显.(3)210℃处理10 min和220℃处理10 min的蒸爆浆的化学组成变化几乎没有区别,但两者与200℃处理10 min差别较大,210℃处理10 min是毛竹材加工剩余物适宜的处理温度.(4)FTIR结果显示蒸爆处理后在1040～1060 cm-1区的吸收峰分裂为明显的2个峰表明半纤维素降解,1166 cm-1处的吸收强度明显减弱,表明C-O-C键有不同程度的断裂.X-身寸线衍射分析结果显示毛竹材加工剩余物蒸爆处理后纤维素相对结晶度增加.     

蒸汽爆破-乙醇蒸煮两步法预处理对麦秆结构的影响

对麦秆采用先蒸汽爆破后乙醇蒸煮的两步法进行预处理,研究预处理对麦秆组分及结构变化的影响。蒸汽爆破过程实验条件选取200 g绝干麦秆,压力1.75 MPa和时间3.5 min。乙醇预处理过程选取80 g蒸汽爆破麦秆(绝干),55%乙醇,两者固液比1∶5(g∶mL),温度170℃、时间30 min。通过高效液相色谱法测定,预处理最终产物组分中半纤维素降低89%左右,木质素降低35%左右。采用红外光谱、纤维形态分布分析及SEM分析对预处理过程中麦秆结构变化情况进行研究,结果表明:蒸汽爆破过程破坏了半纤维素酯键连接且半纤维素降解非常明显,但对纤维素链结构影响和降解作用相对较低;麦秆经过蒸汽爆破预处理后,纤维平均长度明显降低,而平均宽度却显著增加;再经乙醇预处理后纤维平均长度基本保持不变,但平均宽度降低;经两步预处理后麦秆纤维的天然物理结构由紧密到蓬松,纤维束呈松散状态且纤维表面基本无碎片附着物,利于后续加工利用。     

蒸汽爆破法预处理木质纤维原料的研究

木质生物资源可以用来生产乙醇,但其结构与化学成分阻碍了纤维素对酶的可及性,因此必须对原料进行预处理,从而有效地酶解纤维素。蒸汽爆破法预处理木质生物资源。可有效去除半纤维素。分离出活性纤维。并且成本低,不用或少用化学药品。对环境无污染。     

Aspen Plus计算机模拟技术在纤维乙醇原料预处理中的应用研究进展

预处理是木质纤维原料以糖基平台为基础的生物炼制的关键步骤,在对目前常用的稀酸/碱、蒸汽爆破、高温热水、微波、亚临界CO₂、离子液体、低共熔溶剂、有机溶剂、研磨/粉碎、生物预处理等方法的优缺点及对后续酶解发酵研究进展进行综述的基础上,介绍了国内外基于Aspen Plus流程模拟和技术经济分析等在生物质原料经预处理联产乙醇和平台化学品的利用情况,最后总结了Aspen Plus计算机模拟技术在生物质原料经预处理生产乙醇方面存在的不足,提出了今后可以深入开展的研究方向。