木质纤维素生产乙醇的研究进展

利用木质纤维素制备乙醇是解决能源结构的有效方法.笔者从木质纤维素制备乙醇的原理、木质素的预处理以及酶催化纤维素的水解过程等几个方面对近年来木质纤维素制备乙醇研究概况进行了综述和概括.     

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).     

木质纤维素乙醇专利分析研究

对世界范围内的木质素乙醇相关专利技术进行了深入分析,包括技术发展趋势分析、技术生命周期分析、申请人分析、国家技术实力分析、关键技术分类分析、同族分析,旨在通过专利分析洞悉木质素乙醇技术的整体发展态势,为本领域的技术创新和决策提供参考。     

木质纤维素转化乙醇预处理工艺研究现状与发展趋势

能源问题日益严峻，乙醇作为一种绿色可再生能源正受到越来越多的关注。综述了以秸秆为原料转化乙醇技术的顸处理工艺，重点介绍了物理方法，化学方法和生物法等方面近年来的研究进展。     

木质纤维生产燃料乙醇的生物转化技术

木质纤维生物转化乙醇可以避免以粮食为原料生产燃料乙醇所带来的"与农争地"和"与人争食"的弊端,兼得经济、生态、环保、社会多重效益.木质纤维原料的物理化学特性决定其具有不同于淀粉和糖类原料转化的难度和复杂性,这也是木质纤维生物转化乙醇成本居高难下、商业化裹足不前的主要技术原因.本文以国际(特别是美国)的研究和开发进展为背景,探讨木质纤维生物转化乙醇的几个富有挑战性的技术问题,并在同步糖化共发酵(SSCF)概念的基础上,提出优化的并行糖化共发酵生产模型.     

低共熔溶剂应用于木质纤维素预处理的研究进展

低共熔溶剂(DES)是一种新型的绿色溶剂,具有制备简单、价格低廉、无毒、可生物降解、可循环使用的特点,在木质纤维素预处理应用方面前景广阔。本文首先概述了低共熔溶剂的组成、分类、制备方法及其物理性质等,随后对DES在生物质预处理领域中的研究应用进行归纳,综述了DES预处理分离木质纤维素的机理性研究,重点介绍了DES选择性分离木质纤维素的应用进展,以期为DES在预处理木质纤维素类生物质的规模化应用提供理论参考。     

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%。     

预处理纤维素超分子结构变化机制研究进展

木质纤维生物质高值转化生产清洁能源、生物基化学品和功能材料是可再生能源领域的研究热点.纤维素是木质纤维生物质的主要成分,其高效利用是生物炼制的重点.然而,纤维素的生物转化面临分子链有序组装与结晶而成的超分子结构、微纤丝聚集形成的多尺度网络结构及其与木质素、半纤维素的多种化学交联共同形成的木质纤维素抗降解屏障,阻碍了其产...     

酶法糖化玉米芯发酵生产乙醇的研究

研究了玉米芯的酶法水解及酶解液的乙醇发酵。采用里氏木霉ZU-02纤维素酶水解酸预处理后的玉米芯为原料,适宜的酶用量为20 FPIU(以每克底物计,下同),48 h后酶解得率为67.5%;添加黑曲霉ZU-07所产纤维二糖酶可有效解除纤维二糖累积引起的反馈抑制作用,当纤维二糖酶用量为6.5 CB IU时,48 h后酶解得率提高到83.9%。采用分批补料酶解工艺,使底物质量浓度提高到200 g/L,酶解60 h后还原糖质量浓度达到116.3 g/L,酶解得率为80.1%。利用一株耐高温酿酒酵母HTR-11在38℃下对酶解液进行乙醇发酵,质量浓度95.3 g/L的葡萄糖在18 h内发酵生成质量浓度为45.7 g/L的乙醇,其得率达到理论值的94%。     

速生杨二步超低酸水解液发酵制取燃料乙醇的研究

以速生杨二步超低酸水解方法获得的水解液为原料,在28℃、100 r/min等发酵条件下,选择热带假丝酵母(C.2.637)和酿酒酵母(S.2.699)分别对第一步和第二步水解液进行了发酵制取燃料乙醇的研究,并考查了Ca(OH)2中和、过中和、活性炭吸附等预处理方法及菌种预适应驯化对乙醇转化率的影响。结果表明:热带假丝酵母能够更好地利用第一步水解液生成菌体,适合生产单细胞蛋白;菌种驯化后发酵速度和乙醇转化率均有提高,尤其是以酿酒酵母发酵第二步水解液,乙醇转化率由14.45%增至39.37%;Ca(OH)2过中和的方法处理后的水解液,乙醇转化率有所增加;以五碳糖为主同时含有六碳糖的速生杨第一步水解液,假丝酵母发酵产乙醇的效果好于酿酒酵母。     

生物质酸水解副产物对糖液酵母发酵制备燃料乙醇的影响

研究了生物质原料酸水解副产物甲酸、乙酸、糠醛等对耐高温酿酒酵母发酵性能的影响.结果表明:耐高温酿酒酵母可耐受甲酸、乙酸、糠醛的最大质量浓度分别为2.0、5.0、8.0g/L;生物量和甲酸质量浓度(0～3.0 g/L)几乎表现为线性关系,且随甲酸质量浓度增大而下降.3种抑制剂对耐高温酿酒酵母发酵生产燃料乙醇的抑制性由大到...     

蒸汽爆破木质纤维原料的乙醇脱毒研究

以乙醇为溶剂,采用抽提的方法去除蒸汽爆破玉米秸秆中的甲酸、乙酸、糠醛及羟甲基糠醛等抑制物,比较了动态和静态两种不同的抽提方法对抑制物和糖的抽提效果,考察了温度、固液比和时间等因素对不同条件下乙醇静态抽提效果的影响。以总抑制物抽提率/总糖抽提率为评价指标,通过正交试验,对温度、固液比、时间3个因素在不同水平下的乙醇静态抽提效果进行直观分析和方差分析,确定了乙醇静态抽提的最佳试验条件为:温度80℃,固液比1∶10(g∶mL),抽提时间60 min。在最佳试验条件下,两种最重要的抑制物甲酸和乙酸的抽提率分别达到84%和98%。     

混菌戊糖己糖发酵产乙醇的研究

比较研究休哈塔假丝酵母单菌发酵、休哈塔假丝酵母和酿酒酵母两步发酵、休哈塔假丝酵母和酿酒酵母同步发酵3种发酵模式下对混合糖(葡萄糖和木糖)的利用情况,结果显示2种酵母同步发酵能够有效解除葡萄糖的抑制,加快木糖利用速率。采用Plackett-Burman实验、最陡爬坡实验和中心组合设计,对2种酵母混菌利用戊糖己糖发酵生产乙醇的培养基进行优化,得到最优培养基条件:硫酸铵9.09 g/L、磷酸二氢钾8.96 g/L、氯化钙0.34 g/L,在此条件下发酵得到乙醇产量为21.71 g/L,较优化前(19.85 g/L)提高了9.4%;混菌在优化后的培养基下进行发酵,酵母浊度OD由12.12增长到了21.87,木糖利用率由优化前的82%增长到优化后的93%。     

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。     

纤维素燃料乙醇产业发展现状与展望

以美国、巴西、欧盟和中国为代表,从产能、原料利用等方面概括了国内外燃料乙醇产业发展现状。重点阐述了纤维素燃料乙醇产业的发展,介绍了纤维乙醇的热化学转化技术和生化转化技术,指出了这两种技术的瓶颈,建议通过产业技术革新、技术优势互补、高附加值产品联产和产销一体化等途径促进纤维乙醇产业的发展。最后对纤维乙醇产业发展作了展望。     

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。