漆酶预处理前后蔗渣半纤维素的提取及性质研究

以蔗渣为原料,经漆酶预处理后通过微波辅助碱法提取半纤维素,研究了漆酶预处理对蔗渣半纤维素提取效果的影响,并采用扫描电子显微镜、比表面积及孔径分析仪和凝胶渗透色谱仪等对漆酶预处理前后的蔗渣形貌、孔隙特征和半纤维素相对分子质量等进行表征。结果表明:蔗渣经160 U/g漆酶预处理后的蔗渣表面有片状结构生成,与未处理样相比,总孔体积和比表面积明显增加,分别提高了26.7%和90.5%,且局部有孔洞出现。预处理后的蔗渣50 g(绝干)在氢氧化钠质量分数8%、两者固液比1∶20(g∶mL)、微波功率800 W、提取时间50 min、提取温度90℃的微波辅助碱法提取条件下,蔗渣半纤维素产率高达89.0%。     

麦草碱性亚硫酸盐制浆生物炼制的研究(I) ——深度脱木质素及木质素磺化特性

提出了非木材木质纤维生物质碱性亚硫酸盐制浆(ASP)生物炼制的理念,研究了总用碱量、亚硫酸化度、温度和时间对麦草碱性亚硫酸盐法蒸煮深度脱木质素特性和木质素磺化的影响。结果表明:麦草ASP法具有高的深度脱木质素选择性;深度脱木质素延伸与木质素磺化度提高具有一致性;总用碱量、亚硫酸化度、最高温度和保温时间对深度脱木质素选择性和木质素磺化度都有重要的影响;在总碱用量18.0%,亚硫酸化度85.0%,液比值3.5,最高温度168℃,保温150 min的条件下,可制得卡伯值8.8,得率56.8%,黏度为33.3 mPa.s的优良纸浆,此时黑液中磺化木质素磺酸基含量达2.16 mmol/g(以固形物计)。从深度脱木质素选择性、木质素磺化和纸浆基本特性考虑,麦草ASP法具有制浆生物炼制的前景。     

低浓度乙酸预处理玉米芯的工艺研究

以脱除木质素,降解半纤维素为木糖,提高纤维素酶解得率为目的,研究了低浓度乙酸预处理玉米芯的效果,考察了乙酸质量分数、预处理温度和时间对预处理的影响。研究结果表明:质量分数5%乙酸预处理玉米芯可以脱除大部分的半纤维素和少部分木质素,预处理后的玉米芯具有较好的水解效果。低浓度乙酸预处理玉米芯最优条件为:预处理温度160℃,保温时间60 min,乙酸质量分数5%,固液比1∶8(g∶mL)。在此条件下,玉米芯固体渣回收率为53.75%,固体渣中纤维素保留率93.17%,半纤维素脱除率87.36%,木质素脱除率25.04%,预处理液中木糖质量浓度15.56 g/L。预处理后的玉米芯固体经72 h酶解,酶解得率为92.69%。     

Study on Wheat Straw Alkaline Sulfite Pulping Biorefinery(Ⅰ)——Characteristics of Extended Delignification and Lignin Sulfonation

提出了非木材木质纤维生物质碱性亚硫酸盐制浆(ASP)生物炼制的理念,研究了总用碱量、亚硫酸化度、温度和时间对麦草碱性亚硫酸盐法蒸煮深度脱木质素特性和木质素磺化的影响.结果表明:麦草ASP法具有高的深度脱木质素选择性;深度脱本质素延伸与木质素磺化度提高具有一致性;总用碱量、亚硫酸化度、最高温度和保温时间对深度脱木质素选择性和木质素磺化度都有重要的影响;在总碱用量18.0％,亚硫酸化度85.0％,液比值3.5,最高温度168℃,保温150 min的条件下,可制得卡伯值8.8,得率56.8％,黏度为33.3 mPa·s的优良纸浆,此时黑液中磺化本质素磺酸基含量达2.16 mmol/g(以固形物计).从深度脱木质素选择性、木质素磺化和纸浆基本特性考虑,麦草ASP法具有制浆生物炼制的前景.     

预处理对蔗渣吸附纤维素酶特性的影响

以亚硫酸盐(SPORL)和稀硫酸(DA)预处理蔗渣为底物,探讨两种预处理方法对蔗渣酶解的影响,并对酶解过程中蔗渣对纤维素酶的吸附特性进行探究,比较了两种底物的酶水解效率、成分、表面形貌、吸附等温线和吸附动力学等特征,结果显示:SPORL法预处理蔗渣的还原糖转化率(81.92%)明显高于DA法预处理蔗渣(60.89%)。与未处理蔗渣相比,DA与SPORL法预处理蔗渣表面变得粗糙,表面纤维被部分剥离,暴露出内部的纤维骨架。两种方法预处理蔗渣的纤维素和半纤维素含量也没有明显差异,但SPORL法预处理蔗渣中Klason木质素含量更低。X射线光电子能谱(XPS)图分析表明两种预处理蔗渣都对纤维素酶有明显吸附。吸附实验结果表明,SPORL法预处理蔗渣对纤维素酶最大吸附量为61.91 mg/g,低于DA法的82.69 mg/g,但SPORL法预处理蔗渣对纤维素酶的吸附亲和力及吸附强度均大于DA法。     

桉木三组分在高温热水预处理及酶解糖化中的规律研究

为优化桉木高温热水预处理的工艺条件,用傅立叶红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)等手段分析预处理渣的理化特性。结果表明,最佳的预处理条件为:预处理温度180℃,时间20 min,绝干木粉与水1∶20(g∶mL)。此条件下,预处理液中木糖、葡萄糖的转化率分别为81.93%和2.21%。桉木木粉经最优条件预处理后,大部分半纤维素被水解;纤维素的相对结晶度基本不变;碳水化合物的结构变的松散,纹孔膜破裂,纤维碎片增多,极大的提高了后续纤维素酶的可及度。对最优条件下预处理渣的进一步酶解:发现葡萄糖的转化率高达80.52%,比未经预处理直接酶解提高3.63倍。对酶解残渣的进一步分析可知,桉木原料87.12%的酸不溶木质素可在酶解残渣中得到回收,这有利于木质素的综合利用。     

桉木氨水浸渍预处理响应面优化提高酶解效率

采用氨水中温浸渍（SAA）方法对桉木进行预处理,以期提高其后续酶水解效率。以响应面法主要预处理条件进行优化,以期筛选出SAA预处理的最优工艺条件。结果表明：最佳预处理工艺为氨用量80％、时间11h、温度90℃,在此条件下预处理物料的后续酶解转化率可达31．7％。对预处理物料的分析表明：在SAA预处理过程中,可在不损失纤维素的前提下脱除木素51％,而且主要是紫丁香基型和愈疮木基型木素降解溶出,半纤维素主要是木聚糖也有部分降解溶出。木素及半纤维素的降解、纤维素结晶度的降低都有利于后续的酶水解。     

高灰分麦糠水热预处理及其酶水解性能研究

以高灰分含量麦糠(WWS)为原料,考察了水热预处理,以及预水洗后水热预处理对麦糠化学组分及其酶水解性能的影响。研究结果表明:麦糠在固液比1∶10(g∶mL)和180℃条件下水热预处理40 min,预处理麦糠的酶水解性能和酶解可发酵糖生成量最高,葡聚糖和木聚糖酶水解得率分别为40.84%和39.67%,可发酵糖生成量为15.74 g(其中葡萄糖11.68 g、木糖4.06 g)。进一步对预处理麦糠酶水解过程中酶用量进行优化,发现在纤维素酶用量40 FPU/g(以葡聚糖质量计)、木聚糖酶用量140 U/g(以木聚糖质量计)和β-葡萄糖苷酶用量48 U/g(以葡聚糖质量计)条件下,预处理麦糠葡聚糖和木聚糖酶水解得率可达最优值,分别为48.98%和49.06%。麦糠吸附型灰分的酸缓冲作用是制约其水热预处理效果的关键因素,预水洗可有效降低麦糠的灰分,同时提高葡聚糖和木聚糖含量;麦糠经洗涤比500∶1(mL∶g)预水洗后进行水热预处理,预处理麦糠的葡聚糖和木聚糖酶解得率分别从未水洗时的48.98%和49.06%提高到65.59%和70.11%,此时酶水解液中葡萄糖和木糖质量浓度分别可达17.50和4.75 g/L。同时,麦糠预水洗可有效降低后续酶解过程的纤维素酶用量。     

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。     

杜仲叶残渣酶预处理提取杜仲胶生产工艺

为了优化杜仲胶提取工艺,以酶解液中的总糖含量和酶解杜仲胶的提取率为试验考察指标,来确定纤维素复合酶预处理杜仲叶残渣的生产工艺条件。试验结果表明:纤维素复合酶预处理杜仲叶残渣的最佳工艺条件为pH值5.5,温度50℃,酶用量为1.6 mg/g,料液比为1∶15(g∶mL),酶解4 h。与非酶解原料相比,杜仲叶残渣经酶解预处理后胶提取率是未经酶解的1.49倍。表明纤维素复合酶可用于杜仲叶残渣提取杜仲胶的酶解预处理过程。     

低取代度季铵型半纤维素合成及其结构的研究

以蔗渣提取的半纤维素为原料,通过醚化反应制备出低取代度季铵型半纤维素.主要讨论了醚化剂3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵(CHMAC)、催化剂NaOH用量对改性产品取代度的影响.当CHMAC与半纤维素的物质的量之比值为1.0、NaOH与CHMAC物质的量之比值为1.2时,得到取代度为0.02的季铵型半纤维素.通过红外、核磁共振光谱表征了改性前后半纤维素的结构.     

生物基极性非质子溶剂/对甲苯磺酸耦合体系中竹粉定向解聚研究

以两种生物基极性非质子溶剂γ-戊内酯（GVL）和二氢左旋葡萄糖酮（Cyrene）,分别与对甲苯磺酸水溶液（TsOH aq）构成耦合体系，对竹粉定向解聚及其酶解过程开展了研究。实验结果表明：质量浓度为75 g/L的TsOH,溶剂体积比为4∶1的GVL/TsOH aq体系在130℃预处理毛竹60 min后，半纤维素和木质素分离效率更高，半纤维素分离率（S_H）和木质素分离率（S_L）分别达到98.5%和98.4%,同时纤维素保留率（R_C）为91.5%;而质量浓度为30 g/L的TsOH,溶剂体积比为0.8∶1的Cyrene/TsOH aq体系在120℃预处理毛竹60 min后，R_C达到87.3%,S_H和S_L仅为85.5%和79.4%。预处理后固体样品的表征结果表明：竹粉经GVL/TsOH aq预处理后的样品木质纤维致密结构被有效破坏，无定形的半纤维素和木质素绝大部分被分离，结晶度达68.27%,结构更接近于微晶纤维素，同时暴露出更多的游离羟基，有利于后续酶解。而酶...     

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。     

重组木聚糖酶生产低聚木糖的实验研究

研究了重组木聚糖酶C0602生产低聚木糖的制备工艺,考察了不同类型底物、底物浓度和酶用量对酶解效率和低聚木糖产率的影响.实验结果表明,低聚木糖生产原料以抽提木聚糖为宜.桦木木聚糖质量浓度30g/L,重组木聚糖酶用量20 IU/g条件下水解4 h,酶解率可达56.05%,低聚木糖产率(C2～C6)为29.76%,产品平均...     

碱预处理玉米芯生物转化L-乳酸

玉米芯经碱预处理后,采用米根霉对其发酵制备L-乳酸,同时考察分步糖化发酵(SHF)和同步糖化发酵(SSF)两种工艺。实验结果表明,水洗碱预处理玉米芯酶水解性能优于未水洗碱预处理玉米芯,水洗过程可显著提高米根霉发酵性能。分步糖化发酵工艺下,米根霉于40℃下发酵48 h,可将含有31.84 g/L葡萄糖、6.38 g/L木糖的酶解液转化为14.65 g/L的L-乳酸,L-乳酸得率为0.29 g/g(以绝干物料计,下同);同步糖化发酵工艺下,米根霉40℃发酵36 h将底物质量浓度为50 g/L的水洗碱预处理玉米芯高效转化为L-乳酸,L-乳酸得率为0.44 g/g。     

Manufacture and properties of binderless particleboard from bagasse I: effects of raw material type, storage methods, and manufacturing process

Binderless particleboards were manufactured from sugarcane (Saccharum officinarum L.) bagasse by steam-injection pressing and by using hot pressing as a reference method. The inner layer (core/pith) and the outer hard fibrous layer (face/rind) of bagasse were used as raw materials. The effects of bagasse type, manufacturing process, and storage method on the mechanical properties of binderless particleboards were investigated. The results showed that the bagasse pith particles provided better board properties than bagasse rind particles. It seemed that bagasse pith particles were more easily deformed than bagasse rind particles, enlarging the bonding contact area. The severe conditions of steam-injection pressing caused delamination on the bagasse pith binderless boards with densities of 0.6 g/cm³ or higher, and gave poor bonding quality. However, steam-pressed boards showed relatively higher board properties than hot-pressed boards. The storage method of sugarcane bagasse affected the chemical composition and the board properties. It was shown that the extent of self-bonding formation depends on the chemical and morphological properties of lignocellulosic materials, as well as on the manufacturing conditions. Part of this paper was presented at the 5th International Wood Science Symposium, Kyoto, Japan, September 2004     

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%.     

不同品种泡桐制备乙醇的预处理工艺优化研究

生物质制乙醇是解决当前世界能源短缺的重要途径。当前生物质制乙醇在国内外无法大规模投入生产的主要原因是成本过高。选取优质的生物质材料和高效的预处理方法可以有效解决这一问题。以6个泡桐品种为试验材料,采用稀硫酸、氢氧化钠、微波-氢氧化钠3种方法进行预处理,对泡桐纤维素含量和酶解后还原糖产量进行测定,探讨不同预处理方法对纤维素含量和还原糖产量的影响。结果表明:以微波-氢氧化钠法预处理毛泡桐品种效果良好,处理后纤维素含量达84.82%,较预处理前提升了38.01%;半纤维素和木质素分别降低了21.23%和6.65%;还原糖产量较高,为471.38 mg/g。该研究可为生物质制乙醇高效预处理方法和优质生物质材料的选择提供参考。     

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％。