自水解预处理对稻草化学成分及酶解性能的影响

研究了自水解处理对稻草秸秆主要化学成分及酶解糖化效率的影响。结果显示:在100～160℃下对稻草进行自水解预处理,酸溶木质素的脱除程度随着自水解温度的升高而增大,而Klason木质素含量几乎没有变化,几乎全部SiO2仍然保留在预处理后草片中;稻草高聚糖的降解程度随着自水解温度的升高而增加,但由于自水解液酸性较弱,大量高聚糖仍保留在草片中;自水解预处理有利于促进稻草的酶解糖化,随着自水解预处理温度的升高和酶用量的增大,酶解液中各种聚糖得率均有不同程度的提高,但自水解温度的影响显得更为重要;经160℃自水解预处理的稻草在40 FPU/g混合酶用量下,葡聚糖和木聚糖的总转化率约为68%和45%,总糖转化率近60%。     

亚硫酸钠预处理提高稻草酶水解糖化效率的研究

研究了亚硫酸钠预处理对稻草化学组分变化及酶水解性能的影响。结果表明,提高温度或增加Na2SO3用量可以脱除更多的木质素和半纤维素,酶水解效率也相应提高,但木质素脱除率达到50%以后,继续增强预处理条件,对酶水解糖得率无显著的促进作用。相比而言,加大Na2SO3用量更有利于使木质素溶出,提高温度更有利于使高聚糖溶出,加大Na2SO3用量比提高温度对酶水解效率的提高影响更显著。通过实验得到亚硫酸钠预处理稻草的最优条件,在温度为140℃,Na2SO3用量为16%,纤维素酶用量为20 FPU/g(对纤维素)时,总糖转化率达到最大,为74.9%,此时的总糖得率为43.5%。     

碳酸钠―蒸汽爆破预处理对麦草化学成分及酶水解效率的影响

研究了碳酸钠―蒸汽爆破预处理对麦草化学成分及后续酶水解的影响。结果表明,预处理麦草浆料中木质素含量随预处理中碳酸钠用量的增大而下降,木聚糖和阿拉伯聚糖含量随碳酸钠用量的增大而上升。当碳酸钠用量增加到8%以后,继续增加碳酸钠用量,预处理麦草浆料中的葡聚糖、木聚糖、阿拉伯聚糖和木质素含量基本保持稳定。酶用量较低时,不添加碳酸钠的预处理麦草浆料酶水解葡聚糖得率最大。除不添加碳酸钠的预处理外,酶水解葡聚糖和总糖得率随木质素含量下降而提高。提高酶用量后木质素含量对预处理麦草浆料酶水解葡聚糖得率的影响变缓。     

碱性臭氧预处理对稻草秸秆酶水解的影响

以稻草秸秆为原料经碱性臭氧预处理后进行酶水解,研究了处理前后稻草秸秆半纤维素、纤维素、木质素含量的变化,通过测定酶水解还原糖含量来判断预处理的效果。结果表明,碱性臭氧预处理与碱预处理相比,在稻草秸秆木质素含量与降解上没有什么差异,但酶水解糖化效果更优。经O3/2%NaOH预处理过的稻草秸秆,在pH值5.0、酶用量31.2mg.（g底物）-1、45℃条件下酶水解120h时,还原糖含量达到了902mg.（g稻草秸秆）-1,糖化率达到了92.57%。     

亚硫酸氢钠预处理对杨木浆料化学成分及酶解糖化的影响

研究了亚硫酸氢钠预处理对杨木浆料化学成分及酶水解效率的影响。增加预处理试剂亚硫酸氢钠用量可以脱除更多的木质素和半纤维素,随着试剂用量的增加葡聚糖、木聚糖和总糖的酶水解得率呈现先升高后降低,然后又升高的规律。当预处理试剂用量为4％时,木质素脱除率为28．7％,酶水解总糖转化率为55．2％;继续增加试剂用量至16％时,对酶水解糖的得率无明显促进作用,反而由于高聚糖降解较多导致得率下降;当试剂用量超过20％时,酶水解糖的得率又有所上升。亚硫酸氢钠用量为24％时,木质素脱除率为61．6％,总糖的转化率达到最大,在纤维素酶用量40FPU／g时,葡聚糖、木聚糖和总糖的转化率分别为59．7％、64．6％和66．2％。     

绿液预处理对棉秆化学成分及酶水解糖化的影响

绿液的主要成分是Na2CO3和Na2S,可在硫酸盐浆厂碱回收系统中循环产生。将新疆棉秆在不同温度、硫化度和用碱量下经绿液预处理后,在不同酶用量下进行酶水解,并测定酶水解液中总糖得率以评价预处理效果。结果表明,原料预处理得率随用碱量的增加而下降。适当地提高蒸煮温度和用碱量,可以增加木质素脱除量,有利于后续酶水解的进行,但过于剧烈的预处理条件将导致碳水化合物的过度降解,因而降低酶水解糖的转化率。另外,由于新疆棉秆细小,棉秆皮占全秆比例较大,原料总糖含量较低,导致最终酶水解总糖得率偏低。在温度120?C,用碱量16%,硫化度32%条件下绿液预处理,酶水解糖转化率达到最大值,当酶水解酶用量为20 FPU/g(对浆料)时,葡聚糖、木聚糖和总糖的转化率分别为74.0%、61.3%和68.5%。     

碳酸钠预处理对麦草酶水解糖化的影响

麦草是一种具有很大潜力的制取生物乙醇的可再生木质纤维素原料。文章探讨了碳酸钠预处理预浸时间、保温时间、碳酸钠用量对麦草化学成分及酶水解效率的影响。结果表明,延长碳酸钠预处理保温时间对木质素脱除无明显影响,但浆料得率和酶水解总糖转化率有所下降;合理的预浸时间为30 min,继续延长预浸时间对预处理浆料酶水解总糖转化率无促进作用;增加预处理Na2CO3用量有助于促进木质素的脱除,大部分碳水化合物保留在浆料中。在8% Na2CO3(Na2O计)用量下,麦草于80℃预浸30 min后升温至130℃,不保温所得到的浆料在纤维素酶用量为20 FPU/g(对纤维素)时,其总糖转化率为60%。     

两段碳酸钠―氧预处理提高麦草酶水解糖化性能的研究

探讨了不同Na2CO3用量下两段碳酸钠―氧(Na2CO3-O2)预处理对麦草化学成分及酶水解效率的影响。Na2CO3-O2预处理麦草浆料得率随Na2CO3用量增大而下降,木质素脱除率随之增加。预处理后废液的pH值约为9,可有效避免碳水化合物的碱性水解和二次剥皮反应,保持较高的预处理浆料得率。预处理后浆料经过由纤维素酶、木聚糖酶和β-纤维二糖酶组合而成的混合酶水解,当预处理Na2CO3用量(以Na2O计)从12%增至18%时,预处理浆料总糖得率的增加较为显著。经20 PFU/g纤维素酶水解48 h后,总用碱量为18%的两段Na2CO3-O2预处理浆料的酶水解总糖得率为40.8%,总糖转化率为67.0%。     

碳源对平菇选择性降解稻草木素及其后续酶解性能的影响

前期研究发现,平菇预处理稻草表现出比较好的脱木素选择性和纤维素酶水解效果。为了使预处理后的稻草在纤维素酶水解过程中得到更多的单糖,通过向平菇预处理稻草固体培养基中添加麸皮、玉米皮和木聚糖,研究外加碳源对平菇降解稻草木素的选择性及后续酶水解效果的影响。结果表明,添加适量的麸皮和木聚糖可提高平菇处理稻草的脱木素选择性。麸皮和木聚糖添加量为稻草粉的10%时,脱木素选择系数分别由对照的1.86增加至2.58和2.03;预处理样品酶解后原料中总糖的46.8%和45.9%转化为可发酵单糖,分别比对照的35.5%提高了30%和28%。添加玉米皮对平菇预处理酶解效果影响相对较小,添加量为5%时,预处理样品酶解后总糖转化率仅比对照提高15%,增加添加量酶解总糖转化率反而低于对照样品。     

NaOH/AQ预处理对玉米秸秆脱木质素及酶解性能的影响

对玉米秸秆进行氢氧化钠/蒽醌（NaOH/AQ）去木质化预处理,考察了预处理温度、时间和NaOH用量对玉米秸秆脱木质素程度的影响,并探讨了脱木质素程度对提高预处理后物料酶解性能的影响。L₉（3⁴）正交试验得出较适宜预处理工艺条件为：温度160℃,时间60 min,NaOH用量（以绝干原料质量计）2.8%;其他条件为AQ用量0.05%,固液比1：5（g：mL）,此时木质素脱除率为75%,酶解后聚糖转化率达到73.79%。随着物料脱木质素程度的提高,其酶解效率相应增加;当木质素脱除率达到一定程度后,预处理后的聚糖转化率达到最大值,继续提高木质素脱除率,聚糖转化率反而降低。响应面优化的酶水解工艺条件为纤维素酶用量30 FPU/g,β-葡萄糖苷酶10 IU/g,反应时间72 h,温度50℃,底物质量分数2.5%,此时还原糖得率为85.62%。对酶解液进行HPLC分析,酶解液中的葡萄糖质量浓度为14.83 g/L,木糖质量浓度为4.83 g/L。XRD分析显示,预处理前后纤维素的晶型没有变化,而结晶度由31.40%提高至46.91%,表明物料中木质素和半纤维素发生了不同程度的溶出。     

Enhanced enzymatic hydrolysis of rice straw pretreated by alkali assisted with photocatalysis technology

BACKGROUND: The fermentable sugars in lignocellulose are derived from cellulose and hemicellulose, which are not readily accessible to enzymatic hydrolysis because of their biological resistance, so that pretreatment of lignocellulose is needed for this process. In this work, a novel lignocellulose pretreatment method using alkali solution assisted by photocatalysis was investigated. RESULTS: The reaction conditions of nano‐TiO₂ dosage and photocatalysis time were optimized at 2 g L^?1 and 1 h, respectively. After pretreatment under these conditions, cellulose in rice straw was increased from 37.5% to 71.5%, and lignin decreased from 18.5% to 9.0%. The results of X‐ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared (FT‐IR) and scanning electron microscopy (SEM) analysis showed that the physical properties and microstructure of the straw were changed by this pretreatment, which favored the following enzymatic hydrolysis. The enzymatic hydrolysis rate of the straw pretreated using this technology was verified to be 73.96%, which was 2.56 times higher than that obtained with the alkali procedure. CONCLUSION: The proposed photocatalysis pretreatment technology was more efficient at degrading the lignin and hemicellulose in rice straw than alkali pretreatment, making it more readily available for the following enzymatic hydrolysis process. Copyright © 2009 Society of Chemical Industry     

促进玉米秸秆酶解效率的化学预处理方法比较

分别用八种化学方法对玉米秸秆进行预处理,将预处理后的试样用纤维素酶在最优条件下催化水解,初步比较了不同的化学方法在促进玉米秸秆酶解糖化方面的效果。通过比较各试样酶解后产糖量大小,得到最佳的预处理方案:采用0.176%(m/V)NaOH及0.9%(V/V)H2O2混合液在常温下按固液比1∶50振荡作用24 h,即在纤维素酶用量为50 FPU/g时,产糖量可从0.055 g/g提升到0.333 g/g,提高了83.51%;此时的木质素降解量亦为最大,达到了49.8%,此结果表明木质素的降解有利于纤维素酶敏感性的提高。     

秸秆中木质素对其超低酸水解过程的影响

以湖北稻草秸秆为研究对象,研究了超低酸水解木质纤维素的适宜条件,测定了适宜条件下的超低酸法水解15种不同种类秸秆的纤维素及半纤维素的转化率、还原糖得率及结晶度的变化。实验结果表明:秸秆投料量3 g、硫酸投料量45 mL(硫酸质量分数0.05%)、搅拌转速500 r/min、反应温度210 ℃、反应时间10 min为适宜的水解条件。对15种不同种类秸秆的水解结果统计得到,随着秸秆中木质素含量的增大,纤维素和半纤维素的转化率都逐渐降低,还原糖得率逐渐降低;通过SEM和X衍射分析水解前后的木质纤维素结构,得到了木质素影响水解过程的方式:1)木质素含量越大,纤维素的结晶度越大,纤维素的非晶化越困难,从而影响了纤维素的水解;2)原木质素不溶于反应体系且在酸性条件下相对稳定,富木质素层的木质素阻碍反应物与产物扩散,使富木质素层内的纤维素、半纤维素水解速率降低;3)木质素含量越高,木质纤维素的富木质素层越厚、强度越大,水解时难以从颗粒表面脱落,进一步降低水解速率。     

Evaluation of enzymatic hydrolysis of wheat straw pretreated by atmospheric glycerol autocatalysis

BACKGROUND: Because ethanol organosolv pulping requires high pressure and is highly volatile, an atmospheric autocatalytic glycerol organosolv pretreatment process has been investigated. Enzymatic hydrolysis of wheat straw pretreated using this method was evaluated to explore a novel, economically competitive and environmentally friendly pretreatment technology for bioconversion of lignocellulosic biomass. The method also provides economical utilization of industrial glycerol, helping to cope with the challenge of the excess production of glycerol and to further defray the cost of biodiesel production. RESULTS: With preliminary optimization of the parameters in the pretreatment process, pretreatment performed at 240 °C for 4 h with the glycerol addition of 15 g g^?1 dry feedstock and wash at 80 °C led to high recovery of cellulose (95%) and good removal of lignin (>70%), which formed, respectively, 80% and 10% of the pulp. The enzymatic hydrolysis of the pretreated wheat straw yielded 90% of theoretically achievable sugar after 24 h and 92% after 48 h. CONCLUSION: Atmospheric autocatalytic glycerol organosolv pretreatment removed significant amounts of hemicellulose and lignin without affecting good cellulose recovery. The proposed novel strategy increased the susceptible of wheat straw to enzyme attack and led to enzymatic hydrolysis that was comparable with that achieved using ethanol organosolv pretreatment. Copyright © 2007 Society of Chemical Industry