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。     

热水预处理生物质原料及其生物转化研究进展

在能源问题日益紧张的时局下,寻求可再生清洁能源是亟待解决的关键问题。由农林废弃物转化获得新能源、新材料已经成为重要的发展趋势,其中生物乙醇作为环保、可持续的新型能源得到了广泛关注。预处理作为生物乙醇制备的第一个重要环节备受重视,传统化学预处理技术能量消耗大、对设备要求高、半纤维素降解严重且对环境造成污染,没有充分考虑半纤维素和木质素的高值化回收利用,单一化降解纤维素使得经济利用价值很低;生物预处理作为一种环境友好和低成本的预处理技术,也存在着转化效率低、作用周期长和碳水化合物损失严重的缺点。热水预处理通过条件参数优化可在尽量保留天然大分子原位结构的基础上,一定程度地破坏植物细胞壁的致密结构,且仅利用水作为反应试剂,具有无化学药剂使用、对环境友好、操作成本低等优点,其对生物质细胞壁的主要作用为使木素-碳水化合物复合体(LCC)连接键断裂并除去部分半纤维素,使木质素性质发生改变并进行再分配,且在一定程度上降低了纤维素的聚合度。热水预处理过程中生成的糠醛、5-羟甲基糠醛、甲酸、乙酸等产物,会对生物降解产生抑制作用,可以通过优化条件来控制其含量。酶解过程是指利用纤维素酶及其辅助酶将预处理后的纤维素降解为可发酵单糖,若直接将预处理后的产物进行发酵则需要较长时间且仅能获得极低浓度的乙醇。酶水解过程中由于半纤维素和木质素的保护作用,阻碍了纤维素酶与纤维素底物的接触,而预处理过程则会削弱或完全破坏这种阻碍作用,增大酶与纤维素的接触面积使酶解效率提高。提高预处理温度会使乙醇发酵得率提高,但是预处理温度过高会导致纤维素降解从而使乙醇得率降低。本文对热水预处理过程中纤维素、半纤维素、木质素物理化学性质的改变和处理过程中抑制物的转化生成进行总结,分析比较在不同预处理条件下生物质中各主要组分和降解产物不同程度的变化及其对后续酶水解、酵母发酵的影响。     

杉木降解预处理条件的优化

为了更好的利用杉木三剩物,从木质原料获得糖类及其他产品,通过对杉木屑进行稀硫酸预处理条件的分析,主要考察了稀硫酸浓度、处理温度、处理时间对杉木综纤维、纤维素、半纤维、木质素等成分及酶解糖化效果的影响,发现稀硫酸对杉木预处理,以半纤维素的降解为主,纤维素和木质素降解程度不大。确定了的条件为0.3%稀硫酸,160℃,处理50 min是处理效果最佳,还原糖可达38 mg/m L,为后续的杉木降解为单糖并进行高效利用提供了支撑基础。     

木质生物资源的水解

水解是利用木质生物资源以生物转化法制取乙醇的重要步骤,水解技术主要包括稀酸水解、浓酸水解和酶水解。酶水解的特点是具有选择性,降解产物少,葡萄糖得率高,能耗较低,不要求反应器具有高耐腐蚀性,被视为最有潜力降低乙醇生产成本的突破口。目前,利用木质生物资源制取乙醇还没有进入工业化生产。其原因在于成本高于利用淀粉和糖料,原料的预处理成本高、纤维素酶的生产成本高、酶活力低、纤维素的酶水解效率低、酶用量大、对半纤维素的有效利用不够。因此,需要研发有效的预处理工艺,提高纤维素底物的生物酶可及度;筛选高效纤维素酶、优化酶水解工艺,提高纤维素的水解率;利用基因重组的发酵性微生物,把戊糖发酵成乙醇,提高乙醇的产量,降低生产成本。     

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).     

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。     

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。     

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%。     

半纤维素选择性催化制备糠醛及其衍生物的研究进展

生物质资源的开发利用是解决我国能源、资源与环境问题的重要途径之一。木质纤维作为生物质的主要组分,通过对其转化制备呋喃化学品是当前生物炼制领域研究的热点。糠醛是以半纤维素为直接原料的重要呋喃基平台化合物,开发其绿色制备工艺技术并大力发展高值糠醛下游产品,具有重要的现实意义。本文从催化转化角度出发,对糠醛形成的路线、近年来糠醛制备技术(水解技术和热解技术)及其重要呋喃基下游化学品的研究进展进行综述,重点介绍了非均相酸,包括分子筛、金属氧化物、离子交换树脂、黏土等催化的水解技术,以及糠醇、2-甲基呋喃、2-甲基四氢呋喃、呋喃和四氢呋喃等呋喃基衍生物的制备路线及方法,以期为绿色糠醛制备技术的建立及高值糠醛下游呋喃基化学品研发提供思路和参考。     

响应曲面优化低共熔溶剂预处理麦秸秆制备含木质素纳米纤维素

纳米纤维素因其独特的优势和广泛的应用受到越来越多的关注,但其制备工艺需向环境友好型方向发展。以麦秸秆为原料,经绿色低共熔溶剂预处理和超声破碎后,成功制备了含木质素的纳米纤维素。结果表明：通过响应面法优化的ClCh/OA的预处理工艺是一种简单、绿色、可持续制备含木质素纳米纤维素的方法,可实现农业废弃物的高效分离和高附加值利用。优化的预处理工艺条件为：预处理温度为94.4℃,预处理时间为5.9 h,ChCl/OA的摩尔比为0.9,在此条件下,制备的含木质素的纳米纤维素纤维素含量为46%,半纤维素和木质素含量分别为25.4%和14.2%,其粒径主要分布在28 nm左右,显示出优良的稳定性、分散性和热稳性。     

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。     

过氧化氢预处理强化木质纤维原料酶水解研究进展

在木质纤维素的生物降解和转化过程中,木质纤维素的复杂结构和木质素组分限制了碳水化合物的高效酶水解。过氧化氢预处理可以通过破坏木质纤维素的物理化学结构并氧化降解部分木质素,从而改善原料的酶水解效率。过氧化氢预处理主要有过氧化氢-酸、过氧化氢-碱、活化过氧化氢这3类预处理方法。笔者主要归纳了不同预处理过程中的木质素降解机理,总结了过氧化氢预处理强化木质纤维原料酶水解的效果,探讨了预处理对木质纤维原料降解产物的影响,评价了各类过氧化氢预处理的可行性和优缺点。最后,根据过氧化氢预处理的特点分析了过氧化氢预处理的研究策略,展望了过氧化氢预处理的发展趋势。从安全性和经济可行性的角度来看,低试剂用量、低温和低压的预处理条件是未来过氧化氢预处理的主要研究方向。     

离子液体在木质素解聚领域的应用进展

由经济社会发展带来的石油等不可再生自然资源的过度使用,引发了能源危机和环境问题,所以寻找一种可再生的生物质资源作为替代品而逐渐受到重视。生物质的主要成分之一的木质素,由于富含大量的芳香族类化合物而具有转化为高附加值化学品的潜力。随着绿色环保理念的不断深化,亟需采用更绿色、更安全的方法将木质素解聚,制备高附加值的平台化合物或能源化合物,从而满足日益增长的社会需求。离子液体作为20世纪90年代发展起来的绿色溶剂,因具有众多优良特性而作为环境溶剂或反应催化剂应用于木质素分子的解聚研究中,降低了化学反应的苛刻条件,使反应在更温和的条件下进行。同时对离子液体进行回收再利用,可避免反应产生的环境污染。综述了离子液体在木质素的预处理及解聚转化等方面的研究进展,介绍了木质素分子在离子液体环境中预处理及解聚方面的机理、解聚条件和生成的产物,以及与其他类型催化剂(金属氧化物催化或复合氧化体系催化)、其他催化方法(如光催化解聚或电催化解聚)协同作用的解聚机理和特性,最后预测了未来木质素解聚领域的研究需求和方向。     

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。     

真菌预处理提高慈竹酶水解葡萄糖得率的研究

利用密粘褶菌、变色栓菌对1年生慈竹进行生物预处理,研究预处理菌种、时间以及酶水解时间对慈竹酶水解葡萄糖得率的影响.结果表明,两种试菌都对竹材酶水解有促进作用,变色栓菌的预处理效果优于密粘褶菌;在变色栓菌处理28d,酶水解48h的条件下,慈竹酶水解的葡萄糖得率提高了22.5％;变色栓菌具有作为竹材生物预处理菌种的潜力.     

竹材酚醇液化及其应用研究进展

竹材酚醇液化是竹材综合利用的有效方法之一,通过溶剂反应破坏竹材纤维素的结晶结构、半纤维素和木质素高分子结构,使其分子链断裂,降解成带有反应活性的羟基化合物,可以用于制作胶黏剂、发泡材料和碳纤维等。文章分析了竹材液化原理、酚醇液化技术,以及竹材酚醇液化产物的应用研究现状,认为该领域今后需要加强基础理论和预处理技术的研究,尽快制定相关产品标准,实现竹材资源的高利用率和高附加值。     

木质素原料制备烃类化合物的研究进展

木质素是由烷基化的甲氧基苯酚通过氧或碳连接的高度交联的大分子,可用于制备高附加值的燃料和化学品。以来源广泛的木质素为原料制备烃类化合物具有重要的研究价值和良好的应用前景。木质素催化热解是制备烃类化合物的主要方法之一,也是木质素降解研究中的重点和难点,已经受到了人们越来越广泛的重视。笔者概述了近年来木质素原料(含模型物)制备烃类化合物的研究成果,包括木质素转化烃类化合物的催化体系、溶剂体系、烃类化合物尤其是单环芳烃(MAHs)得率和选择性的调控以及利用木质素制备烃类化合物的其他方法,着重介绍了木质素催化裂化及催化加氢脱氧制备烃类化合物的催化体系,并总结了木质素在亚/超临界流体及离子液体中烃类转化的最新成果,最后对木质素制备烃类化合物的研究前景进行了展望,以期为生物质资源的综合利用提供参考。     

木腐菌及其腐朽机理研究进展

木腐菌可以有效地改善针叶材心材的渗透性,可用于辅助阔叶材散孔材年轮的鉴定,木腐菌及其所分泌的酶还可作为生物技术应用于木材工业,如生物制浆预处理、生物漂白以及木材酶解为糖的预处理等领域。本文从褐腐、白腐、软腐、竹材及人造板等几个方面出发,对国内外腐朽机理的研究现状进行了较为系统、全面的介绍,旨在使学者了解真菌选择性地降解木竹材的化学成分和细胞各部分的知识,为木竹材的保护和合理利用提供参考。     

竹材木质素降解菌的筛选与鉴定*

竹材木质素的降解一直是制约竹材资源利用的重要影响因素。文章通过对49 份腐烂的竹材样品进行平板划线分离纯化得到74 株真菌,利用PDA- 愈创木酚变色及PDA- 苯胺蓝退色反应,初步筛选出具有木质素降解酶能力的4 株木质素降解菌,通过酶活力测定对初筛得到的4 株木质素降解菌进行复筛,发现FG-22 菌株具有较好木质素降解能力,对FG-22 降解菌株进行形态学和分子生物学鉴定,确定FG-22 为杂色云芝（Trametes versicolor）。     

竹材木质素降解菌的筛选与鉴定

竹材木质素的降解一直是制约竹材资源利用的重要影响因素。文章通过对49份腐烂的竹材样品进行平板划线分离纯化得到74株真菌,利用PDA-愈创木酚变色及PDA-苯胺蓝退色反应,初步筛选出具有木质素降解酶能力的4株木质素降解菌,通过酶活力测定对初筛得到的4株木质素降解菌进行复筛,发现FG-22菌株具有较好木质素降解能力,对FG-22降解菌株进行形态学和分子生物学鉴定,确定FG-22为杂色云芝(Trametes versicolor)。