玉米秸秆蒸爆渣的氨基酸辅助纤维素酶水解

以商品纤维素酶C2730酶解玉米秸秆蒸汽爆破渣,研究了不同氨基酸、氨基酸浓度、温度对水洗蒸汽爆破渣纤维素酶水解的影响,优化纤维素酶水解条件,提高纤维素酶水解得率。实验结果表明,纤维素酶水解蒸汽爆破渣的优化氨基酸为苯丙氨酸,优化水解条件为每克纤维素酶用量15FPIU,苯丙氨酸质量浓度为1.5g/L,温度为50℃,水解时间为48h,还原糖和葡萄糖得率分别为51.38%和36.78%。     

植物纤维制备燃料乙醇的关键技术

由于中国人口众多、土地资源紧缺,农林植物纤维是发展燃料乙醇的可靠原料.南京林业大学在日处理原料5 吨、日产乙醇0.8吨的农林植物纤维生产燃料乙醇中试生产线上的研究结果表明,植物纤维经蒸汽爆破预处理后,用里氏木霉制备的纤维素酶进行酶水解,纤维素和半纤维素水解得率达71.3 %.含戊糖己糖的水解糖液经树干毕赤酵母发酵转化,糖利用率为87.2 %,乙醇得率为 0.43 g 乙醇/g消耗的糖,生产成本为每吨乙醇4000元左右.为使该技术形成生产力,有待解决的关键技术有:1)能耗低、损耗少的原料预处理技术,特别是蒸汽爆破预处理技术的研究;2)纤维素酶活力高、酶系结构合理的纤维素酶制备和酶水解技术,包括纤维素酶制备基因工程菌的构建,纤维素酶制备的定向调控,高β - 葡萄糖苷酶活力纤维素酶的合成,以及高糖化率纤维素酶水解模式和技术方法;3)戊糖代谢的研究,包括戊糖代谢调控发酵的研究和戊糖己糖同步发酵微生物基因工程菌株的构建;4)植物纤维资源制取乙醇的关键技术的整合和集成;5)能源木本植物的研究.     

纤维素酶水解玉米秸秆的影响因素研究

考察了预处理方式、纤维素酶加量、初始葡萄糖含量等因素对玉米秸秆酶解效果的影响。结果表明,经过稀酸和蒸汽爆破预处理玉米秸秆的酶解得率分别为97.0％和91.0％,均高于未经预处理玉米秸秆;对蒸汽爆破玉米秸秆,纤维素酶加量与酶液的滤纸酶活不成正比关系,纤维素酶加量越多,平均葡萄糖生成速率(GR)越大;葡萄糖对纤维素酶水解具...     

甘露聚糖酶促进纤维素酶水解转化马尾松聚糖至可发酵单糖

由于形态结构和化学组成等原因,针叶材原料利用纤维素酶水解法转化聚糖至可发酵单糖一直存在着难水解、总糖转化率低的问题。采用硫酸盐(KP)蒸煮联合氧脱木素和机械打浆对马尾松木片进行预处理,基于针叶材原料中含有较多的甘露聚糖的特点,研究在纤维素酶水解预处理后的浆料过程中添加甘露聚糖酶对酶解效率的影响。研究结果显示,添加甘露聚糖酶对纤维素酶水解具有促进作用,其作用效果因原料预处理方法和程度的不同而不同。KP蒸煮后再经氧脱木素或打浆处理,则甘露聚糖酶对纤维素酶水解的促进作用比单独KP蒸煮效果更加明显。当KP蒸煮至样品木素含量相对于原料为4.1%时,再对原料进行氧脱木素,将木素含量降至相对于原料为1.9%时,分别用10 FPU/g和15FPU/g的复合纤维素酶CTec2对预处理后的样品进行酶解,酶解总糖得率分别为66.0%和83.6%;添加5U/g甘露聚糖酶,上述样品酶解总糖得率分别提高至70.6%和89.2%;相对于原料中聚糖含量,上述条件下酶解总糖转化率分别为53.9%和68.1%。纤维素酶水解至3小时左右再添加甘露聚糖酶,其促进纤维素酶水解效果更好。     

氧气辅助湿热预处理对玉米秸秆酒精发酵的影响

为了解氧气（O₂）在玉米秸秆湿热预处理中的作用,优化玉米秸秆酒精生产工艺,本文采用三种不同湿热预处理条件处理玉米秸秆,即条件1（195℃,15min）、条件2（195℃,15min,12bar O₂）和条件3（195℃,15min,12bar O₂,2g/L Na₂CO₃）,并利用酿酒酵母对预处理后的玉米秸秆同步糖化发酵酒精工艺（SSF）进行了研究。实验结果表明：经过预处理,玉米秸秆分为固体滤饼与水解液两部分,其中绝大部分纤维素以固体形式保留在滤饼中,而半纤维素和木质素由于不稳定则发生了部分水解或降解。三种预处理条件下纤维素总体收率分别为91.2%、94.6%和95.9%,半纤维素总体收率分别为74.5%、50.3%和68.2%,固体滤饼中木质素质量分数分别为25.2%、17.5%和13.7%,纤维素酶解葡萄糖率分别为64.8%、65.8%和67.6%。表明氧气对纤维素收率影响不大,能够促进半纤维素的溶出。氧气主要与木质素发生反应,尤其与碱性物质碳酸钠（Na₂CO₃）结合,能够促进木质素降解,从而获得了较高的纤维素收率和纤维素酶解葡萄糖率。因此在底物质量分数8%,经过酿酒酵母142h发酵,经条件3处理的玉米秸秆获得的酒精浓度最高,最终酒精浓度达到25.0g/L,并且整个发酵过程没有明显的抑制作用产生。     

菊芋秸秆的稀酸水解及乙醇发酵

菊芋作为一种非粮作物,块茎和秸秆均可以被微生物发酵生成乙醇。采用稀酸法对菊芋秸秆进行预处理,通过单因素实验,考察了预处理温度、预处理时间、稀酸浓度、料液比4个因素,得到的优化结果:料液比为1∶8,酸解温度为121℃,酸质量分数为1.5%,酸解时间为1 h。此条件下水解菊芋秸秆,还原糖得率高达53.7%;预处理后的水解液在添加纤维素酶和木聚糖酶后,考察Kluyveromyces marxianus 1727的乙醇发酵能力,其同步糖化发酵与分步糖化发酵乙醇产量分别为25.91 g/L和25.63 g/L,生产效率分别是0.54 g/L/h和0.26 g/L/h。结果表明,稀酸水解的菊芋秸秆可用作底物生产燃料乙醇。     

玉米秸秆稀硫酸水解研究

采用热磨方法对玉米秸秆进行预处理,再经稀硫酸催化加压水解,制得玉米秸秆水解液。结果表明:以热磨预处理后的玉米秸秆为原料制得的水解液中还原糖浓度为 4%~5.5%,还原糖得率为 60%~75%,较未经预处理的玉米秸秆水解液还原糖得率提高约 50%。     

驯化树干毕赤酵母发酵产乙醇的研究

以玉米秸秆蒸汽爆破液为底物培养基,通过逐步提浓的方式对树干毕赤酵母菌株（Pichiastipitis）NLP23进行耐抑制物驯化,驯化后的菌株对汽爆液中甲酸和乙酸等抑制物的耐受能力可分别达到2．70g／L和3．54g／L,较出发菌株分别提高253．40％和277．80％。在含有57．34g/L木糖和13．84g／L葡萄糖的汽爆液中发酵42h,糖利用率和乙醇得率可达到97．89％和65．83％,乙醇质量浓度为21．56g/L,同时生成4．16g/l木糖醇。玉米秸秆蒸汽爆破液中含有多种抑制酵母生长和发酵的有毒物质,主要是甲酸、乙酸、乙酰丙酸、糠醛和羟甲基糠醛,其中甲酸和乙酸含量较高,是影响树干毕赤酵母NLP23发酵汽爆液的主要抑制物。     

皇竹草稀硫酸预处理研究

研究了中低温稀酸预处理对皇竹草化学组成变化、纤维素酶水解得率与总糖得率的影响,并采用扫描电镜(SEM)对皇竹草纤维结构变化进行了分析。结果表明,随着硫酸浓度的增大、温度的升高和时间的延长,半纤维素含量大幅度降低,且预处理后纤维素酶水解得率也逐渐增大。较好的预处理条件为100 g皇竹草原料,在固液比1∶5(g∶m L)条件下,用质量分数4.0%硫酸在温度110℃下,经过8 h预处理后,纤维素保留率为87.48%,半纤维素水解率为93.68%,所得固体渣经纤维素酶水解72 h后得率为86.3%(纤维素酶用量40 FPIU/g,以纤维素质量计),100 g原料可得到总糖量为54.53 g。预处理后皇竹草纤维表面和细胞壁受到破坏,表面积增大,有利于纤维素酶水解作用的进行。     

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。     

响应面法优化水/醇处理后汽爆玉米秸秆酶解

为了提高水/醇处理后汽爆玉米秸秆的酶解还原糖产率,对其酶解条件进行了优化。通过响应面优化法确定了底物质量浓度为53.28 g/L,纤维素酶用量为53.32 FPU/g,酶解时间为60.45 h时,还原糖产率可达672.36mg/g,与秸秆物料及汽爆后物料相比,酶解还原糖产率分别提高了170.46%和28.97%。化学组分及结构形貌分析表明,汽爆水/醇处理后物料纤维素含量显著增加,物料相对结晶度增高,其结构更有利于纤维素酶分子的吸附。     

响应面法优化水/醇处理后汽爆玉米秸秆酶解的研究

为了提高水/醇处理后汽爆玉米秸秆的酶解还原糖产率,对其酶解条件进行了优化。通过响应面优化法确定了底物浓度为53.28g/L,纤维素酶用量为53.32FPU/g,酶解时间为60.45h时,还原糖产率可达672.36mg/g,与秸秆物料及汽爆后物料相比,酶解还原糖产率分别提高了179.21%和37.29%。化学组分及结构形貌分析表明：水/醇处理后物料纤维素含量显著增加,X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)结果表明经过水/醇处理后物料相对结晶度增高,但结构更有利于纤维素酶分子的吸附。     

水热预处理竹子促进酶解的效果及其影响因素

采用间歇式水热预处理装置,研究了水热预处理用于竹子的酶解规律,探讨了不同温度、处理时间、纤维素酶添加量及原料种类对促进竹子酶解的效果及其影响。结果表明水热预处理能显著提升竹子的酶解率,在优化条件190℃、10 min水热预处理,添加15 FPU·(g葡聚糖)^-1纤维素酶,72 h葡聚糖与木聚糖酶解率分别为74.3%、54.0%,提高到原来的3.5倍和4.7倍。过高的预处理温度与过长的预处理时间都将导致木糖大量降解和部分葡萄糖降解,使单糖总量下降。纤维素酶的添加量从15 FPU·(g 葡聚糖)^-1提高到60 FPU·(g 葡聚糖)^-1,可使未作预处理和水热预处理竹子的总糖回收率分别提高21.5%和9.9%,其促进酶解的作用远低于预处理的效果,通过预处理增大酶的可及性是提高酶解率的关键。水热预处理对于生物质原料具有选择性,不同的竹子原料具有显著不同的效果。     

过氧甲酸预处理对甘蔗渣酶解和发酵的影响

以甘蔗渣(SCB)为原料, 经过氧甲酸(PAP)预处理后加入酶进行水解, 并以水解液发酵产乙醇, 考察预处理时过氧化氢(HPP)浓度变化对甘蔗渣酶解和乙醇得率的影响。实验结果表明: 在甘蔗渣PAP预处理过程中, HPP与甲酸(FAP)体积比为1∶1时, 预处理甘蔗渣(PAP-SCB-1)的木质素脱除率达84.30%;在纤维素酶用量为10 FPIU/g(以预处理后的甘蔗渣质量计)时, PAP-SCB-1水解72 h葡萄糖得率为98.71%, 较单独过氧化氢预处理甘蔗渣(HPP-SCB, 葡萄糖得率9.11%)和单独甲酸预处理甘蔗渣(FAP-SCB, 葡萄糖得率7.06%), 分别提高了9.84和12.98倍; PAP-SCB-1水解液经24 h发酵后, 乙醇得率为84.06%, 比HPP-SCB(76.20%)和FAP-SCB(75.15%)均有增加。对预处理前后物料的化学成分变化、比表面积和结晶度进行测定, 结果显示: 经PAP预处理后可以显著脱除甘蔗渣中的木质素, 木质素的量由未经预处理的21.27%降低到10%以下; 比表面积和结晶度都有提高, PAP-SCB-1的比表面积和结晶度分别为13.01 m²/g和54.18%, 是HPP-SCB的10.66和1.11倍, FAP-SCB的11.39和1.15倍。     

Utilization of lignocellulosic waste for ethanol production : Enzymatic digestibility and fermentation of pretreated shea tree sawdust

Enzymatic hydrolysis and fermentation methods were evaluated on alkaline peroxide pretreated shea tree sawdust conversion to ethanol. Optimum pretreatment conditions of 120 °C reaction temperature, 30 min reaction time, and 20 mL L^?1 of water hydrogen peroxide concentration (1%(v/v)H₂O₂) solubilized 679 g kg^?1 of hemicellulose and 172 g kg^?1 of lignin. 617 g kg^?1 cellulose was retained in the solid fraction. The maximum yield of reducing sugar with optimized enzyme loadings by two enzyme preparations (cellulase and β-glucosidase) was 165 g kg^?1 of dry biomass. The ethanol yield was 7.35 g L^?1 after 72 h incubation period under the following conditions: 2% cellulose loading, enzyme concentration was 25 FPU (g cellulose)^?1 loading, yeast inoculums was 10% (v/v), 32 oC, and pH 4.8. The pretreatments gave information about the hindrances caused by lignin presence in lignocellulosic materials and that hemicelluloses are better hydrolyzed than lignin, thereby enhancing enzymatic digestibility of the sawdust material.     

利用纤维原料在串联式生物反应器中协同酶解发酵乳酸

采用廉价的纤维素原料代替粮食发酵生产乳酸,具有重要的社会意义和经济价值。在串联式生物反应器中,将纤维原料酶水解与固定化乳酸杆菌发酵相耦联,纤维素的酶解产物葡萄糖被有效转化成乳酸,纤维素对乳酸的转化率和乳酸产率分别为70.3%和0.713g?(L?h)?1。在酶解体系中添加纤维二糖酶可以提高酶解得率。将酶解罐、固定化纤二糖酶柱和固定化细胞柱相串联,可有效消除纤维二糖积累所造成的反馈抑制作用,纤维素对乳酸的转化率和乳酸产率分别提高到90.6%和0.986g?(L?h)?1。串联式生物反应器性能稳定,在重复分批发酵工艺中,连续10批纤维素对乳酸的转化率平均为89.6%。采用分批添料工艺,纤维底物的终浓度可增加到200g?L?1,发酵终点的乳酸浓度达105.2g?L?1,乳酸产率为1.315g?(L?h)?1。对等量底物而言,反应时间明显缩短,同时纤维素酶的利用率也得到了有效提高。     

高底物浓度纤维乙醇同步糖化发酵工艺的比较

引言日益加剧的能源危机和环境污染,正迫使人们寻求新的可再生替代能源。纤维乙醇作为一种重要的生物质替代能源,经过近40多年的发展,已经具备了实现工业化生产的潜力。为了进一步降低纤     

Simultaneous saccharification and fermentation of alkaline-pretreated corn stover to ethanol using a recombinant yeast strain

Bio-ethanol converted from cheap and abundant lignocellulosic materials is a potential renewable resource to replace depleting fossil fuels. Simultaneous saccharification and fermentation (SSF) of alkaline-pretreated corn stover for the production of ethanol was investigated using a recombinant yeast strain Saccharomyces cerevisiae ZU-10. Low cellobiase activity in Trichoderma reesei cellulase resulted in cellobiose accumulation. Supplementing the simultaneous saccharification and fermentation system with cellobiase greatly reduced feedback inhibition caused by cellobiose to the cellulase reaction, thereby increased the ethanol yield. 12 h of enzymatic prehydrolysis at 50 °C prior to simultaneous saccharification and fermentation was found to have a negative effect on the overall ethanol yield. Glucose and xylose produced from alkaline-pretreated corn stover could be co-fermented to ethanol effectively by S. cerevisiae ZU-10. An ethanol concentration of 27.8 g/L and the corresponding ethanol yield on carbohydrate in substrate of 0.350 g/g were achieved within 72 h at 33 °C with 80 g/L of substrate and enzyme loadings of 20 filter paper activity units (FPU)/g substrate and 10 cellobiase units (CBU)/g substrate. The results are meaningful in co-conversion of cellulose and hemicellulose fraction of lignocellulosic materials to fuel ethanol.     

纤维素酶水解纤维素类废弃物的研究

研究了纤维素酶水解纤维废弃物的适宜条件。研究结果表明,在底物浓度80 g/L,pH 4.8,酶解温度50℃,酶用量100 IU/g(对底物),酶解时间60 h条件下,处理纤维废弃物,可以得到较高的还原糖浓度,酶解液还原糖浓度可达到16.44 mg/mL,酶解液及残渣可分别进一步加以利用。