半纤维素发酵生产燃料乙醇的研究进展

将半纤维素转化成燃料酒精时，必须先转化成小分子的半纤维素糖，之后发酵成酒精。预处理是关键工艺，酶解前用CO2爆破法对纤维物质进行预处理效果很好；酶解前用稀酸预处理可将半纤维素和淀粉转化为单糖，而剩余的纤维素成分可用纤维素酶将其水解为小分子糖，该法是一种很好的将玉米纤维转化为可发酵糖的工艺。应用代谢工程作为工具选育一些菌株，可有效而经济地将半纤维素水解液中的各类糖类转变为有用的产物。(陶然)     

球磨预处理和固态发酵对玉米秸秆饲用品质的影响

玉米秸秆经球磨预处理后物理空间结构和化学物质结构改变,更容易被相应的酶降解,进而被微生物利用,其饲用品质提高,从而可能替代饲料中的部分粮食。研究表明,球磨预处理后的玉米秸秆粒径大小均匀,约90%的颗粒集中在10~100μm,酸性洗涤纤维下降3.5%,可溶性总糖提高2.0倍,对其单糖组成分析发现:可溶性总糖的增加主要来自半纤维素和纤维素的分子断裂。用木聚糖酶和纤维素酶酶解球磨预处理后的玉米秸秆,可溶性总糖和还原糖含量比酶解前分别提高了3.3倍和9.7倍,球磨预处理后酶解效率大大提高。球磨预处理的玉米秸秆经固态酶解、发酵后,总酸质量分数达26.3 mg/g,纤维素和半纤维素质量分数分别下降9.1%和4.9%,乳酸菌含量达到1.5×109CFU/g,饲用品质显著提高。     

复合酶对甘蔗渣栽培灵芝菌糠的降解作用

采用3种工业饲料酶(纤维素酶、漆酶、木聚糖酶)酶解以蔗渣为主要原料的灵芝菌糠,分别测定发酵终产物中总糖含量,还原性糖含量,纤维组分中纤维素、半纤维素、木质素含量。结果表明在总酶活1000 u/g,料液比1:10,酶解时间12 h,纤维素酶:漆酶:木聚糖酶=1:1:1条件下,灵芝菌糠中纤维素含量降解率为36.81%,半纤维素含量降解率为29.09%,木质素含量降解率为17.97%,体现了3种工业饲料酶对甘蔗渣栽培的灵芝菌糠有效的降解作用。     

酸/碱性低共熔溶剂预处理对轻木物化性质及酶水解影响

采用酸/碱性低共熔溶剂（DES）在110 ℃和5 h下预处理轻木原料,分析了预处理前后轻木的化学组成、表面形貌、结构变化和酶水解性能。结果表明,3种酸/碱性DES预处理均可有效解构轻木原料。酸性DES可去除几乎所有的半纤维素和部分木质素,且酸性较强的氯化铝六水合物/丙三醇体系处理导致部分纤维素降解。碱性氯化胆碱/乙醇胺体系预处理后木质素大量去除,残留物中保留大量碳水化合物。预处理可显著增效纤维素酶水解,葡萄糖得率由原料的16.5%提升至52.6%~60.7%。DES经循环使用3次后纤维素酶解效率仍可达原料的2.5倍以上。     

木质素与半纤维素对稻草秸秆酶解的影响

分别采用稀酸和酸碱顺序两种方法处理稻草秸秆,20 FPU/g(底物干重)的纤维素酶、底物质量浓度为80 g/L,45℃酶解72 h。结果表明,木质素与半纤维素对纤维素转化为葡萄糖都有较大影响,稀酸处理的秸秆酶解纤维素转化率(43.4%,葡萄糖质量浓度24.1 g/L)是未处理秸秆(16.8%,葡萄糖质量浓度6.2 g/L)的2.6倍,而酸碱顺序处理的秸秆(60.6%,葡萄糖质量浓度47.7 g/L)则是未处理秸秆的3.6倍。采用上述两种方法处理秸秆后,秸秆木质素和半纤维素被移去,秸秆结构发生改变,从而秸秆纤维更易受纤维素酶的攻击,并且秸秆木质素和半纤维素质量分数越低,纤维素的酶解得率就越高。     

不同类型低共熔溶剂预处理对玉米秸秆酶解效率的影响

为探索不同类型低共熔溶剂（DES）预处理提高生物质酶解效率的机制,该研究选取两类DES即酸性（氯化胆碱(ChCl)-乳酸(Lac)、甜菜碱(B)-Lac）和碱性DES（ChCl-乙醇胺(M)、ChCl-N-(2-羟乙基)乙二胺(CN-2)）预处理玉米秸秆,对比研究不同酸碱性的DES对玉米秸秆组分和酶解效果的影响。研究表明碱性DES预处理和酶解效果较好,多糖含量从未处理时51.59%提高到81.33%~83.36%,木质素去除率71.35%~89.72%,多糖降解较为完全。红外光谱显示预处理中大量木质素和半纤维素的链接键发生断裂,糖苷键吸收峰显著增强;X-射线衍射表明玉米秸秆结晶度数值由32.99增至处理后的53.60,但晶体结构未改变。与酸性DES相比,碱性DES处理后外观色泽较浅,扫描电镜显示与未处理相比,预处理后的纤维疏松且粗糙。两类DES均是高效的预处理溶剂,碱性DES除本身碱性外,还可选择性的去除木质素,破坏半纤维素和木质素间链接键,纤维素与酶的接触面增大,从而酶解效率显著提高。该研究为生物质预处理新型DES溶剂的设计和选择提供一定的理论参考。     

氨纤维爆破法预处理木质纤维生物质原料

生物质预处理的目的是使紧密的原料组织变得疏松,以增加酶催化作用的表面积。氨纤维爆破(AFEX)是一种应用物理(高温高压)化学(氨水)工艺实现高效处理的方法。木质纤维素经AFEX预处理后,其纤维素结晶度降低,部分半纤维素解聚,木质素部分分解游离,原料表面水解特性增加。AFEX预处理和稀酸预处理相比减少了中和、脱毒等工艺,还可以减少发酵工艺中氮源的添加,因而作为一种新技术越来越受到重视。     

不同溶剂蒸气爆破对白酒丢糟同步糖化发酵的影响

为了找到适合爆破预处理白酒丢糟的溶剂,以提高纤维素酶作用及同步糖化发酵酒精产率。以白酒厂丟糟为原料,自制爆破装置,采用化学分析与扫描电镜、X射线衍射相结合的方法,研究了物料分别经不同溶剂爆破与同步糖化发酵制备酒精的工艺。结果表明,物料经丁酮蒸气爆破处理后,固体中纤维素含量最高为41.85%,半纤维素含量为14.23%。底物10%(质量分数),经过120 h同步糖化发酵,酒精产量可达到理论酒精产量的46.21%。SEM与XRD显示,不同溶剂爆破后白酒丢糟纤维形态结构受到不同程度的破坏,纤维素的结晶度降低,有利于同步糖化发酵的进行。     

混合酶及汽爆法提高秸杆发酵酒精的产量

采用蒸汽爆破处理后稻杆的酶解液进行酒精发酵的实验。稻杆含有水溶性物质、甲醇可溶性的木质素、克拉松木质素、纤维素和其他一些小分子物质。蒸汽处理有利于除去稻杆中的木质素，从而使稻杆易于被酶水解和进行酒精发酵。在压力为3．5MPa条件下，采用蒸汽处理稻杆2min，再经绿色木霉纤维素酶水解后，稻杆中的多糖(纤维素，半纤维素)几乎完全被水解为单糖(葡萄糖，木糖)。在带有渗透蒸发系统的膜生物反应器中乙醇的浓度能达到50g／L，这是发酵液中乙醇浓度的5倍。能量的效率即燃烧的乙醇与产生的能量(用来产生蒸汽之比)在3．5MPa，2min条件下达到最大。     

H2O2催化预处理对玉米芯酶解的影响

木糖通常经半纤维素水解而得,而富含半纤维素的玉米芯细胞中同时也含有木质素与纤维素,与半纤维素紧密缠绕．阻碍了其水解,因此预处理便成了生产木糖过程中的一个必要的步骤。经实验优化所得预处理最佳工艺条件为：室温,固一液比1：20,pH5．0,H2O2量3．05％,Fe^2＋添加量0．15g,处理时间2．56h。在此条件下H2O2催化预处理后,用木聚糖酶进行酶解,木糖和葡萄糖得率分别比未处理的0．1895、0．1672g／g玉米芯提高到0．2676、0．2930g／g玉米芯。而经木聚糖酶和纤维素酶（双酶）进行酶解后又分别提高到0．2856、0．3321g／g玉米芯,证明H2O2催化预处理是一种有效可行的预处理方法     

对甲基苯磺酸预处理玉米秸秆动力学及酶解特性研究

本研究采用对甲基苯磺酸（p-TsOH）预处理玉米秸秆,研究了3个预处理因素（p-TsOH质量分数、水解温度和水解时间）对其三大组分分离的影响。通过两相模型,得到木质素和半纤维素脱除动力学模型,并探究了处理后残渣的酶解性能。结果表明,p-TsOH预处理玉米秸秆在温和条件下即可快速溶出木质素和半纤维素,而对纤维素的降解较小;木质素脱除反应和半纤维素脱除反应的表观活化能分别为66.5 kJ/mol和50.5 kJ/mol;预处理后,木质纤维的顽抗结构被破坏,表面木质素含量降低,p-TsOH预处理可以有效提高原料的酶解得率;在p-TsOH质量分数为50%、水解温度为95℃和水解时间为40 min条件预处理后,残渣酶解得率为72.9%。     

玉米芯水热预处理组分分析研究

以玉米芯为原料,超微粉碎后,通过水热预处理分析水解液中糖变化以及残渣中纤维素、半纤维素和木质素的含量,采用红外光谱和扫描电镜分析玉米芯预处理前后组织结构变化,利用高效液相色谱分析水热预处理水解液中各组分含量。结果表明：水热预处理温度越高,水解液中还原糖和总糖的含量越高,190℃水热预处理60min,滤液中还原糖和总糖含量较高,分别为148和314mg/g,残渣中纤维素、半纤维素和木质素的含量分别降低了11.45%、13.6%和4.54%;水热预处理导致纤维素和半纤维素的糖苷键断裂,部分木质素被降解脱除;水热预处理使玉米芯组织结构变得疏松,呈小片状;玉米芯190℃水热预处理60min,水解液中葡萄糖、木二糖、木三糖和木四糖的含量分别为0.001、16.740、4.306和3.164mg/g。     

菊芋渣的组分分析及其酶解糖化条件研究

探索了菊芋渣酶解糖化制备可发酵糖的工艺条件。详细考查了纤维素酶、木聚糖酶和淀粉酶以不同组合形式(单一或复合酶水解)进行酶解对其酶解得率的影响,并结合扫描电镜(SEM)和X-衍射(XRD)技术考察酶解前后的菊芋渣结构变化,筛选适宜的酶解方案。结果表明,菊芋渣中纤维素、半纤维素和淀粉含量分别为22.54%、18.00%、20.49%,总碳水化合物含量高达61%以上,是制备葡萄糖等可发酵糖的良好原料。酶解实验结果表明,依次添加纤维素酶、淀粉酶和木聚糖酶(方案Ⅰ)的分步水解法酶解得率最高为75.33%,3种酶添加量分别为7200、12000和10000 U/g,酶解时间依次为3.5、3.5和3.0 h。SEM和XRD表征结果发现,原先致密的菊芋渣表面微观结构经酶解作用后出现许多孔洞和裂痕,沟壑明显,且方案Ⅰ的酶解残渣相对结晶指数最高,说明纤维素结晶区也发生了降解。总之,菊芋渣中碳水化合物含量丰富,复合酶解后能制得微生物可发酵糖,为下游乙醇发酵奠定物质基础。     

高粱酒糟糖化处理及其暗发酵产氢性能

高粱酒糟是白酒生产过程中产生的富含纤维素的副产品,其暗发酵产氢被认为是较有前景的处理方法之一。为提高高粱酒糟氢气转化效率,探讨了不同预处理方式对高粱酒糟糖化率及糖化液发酵产氢的影响。结果表明,纤维素酶解是酒糟糖化的最优处理方式,其酶解条件为:固液比1∶15(g∶mL)、纤维素酶添加量4 000 U/g,对应酶解液还原糖产率为17.21%,比对照组提高了341.28%。此外,糖化液产氢结果表明,与纤维素酶单一酶解方法相比,纤维素酶-淀粉酶耦合法的酒糟糖化液产氢率更高,对应的氢气产率为51.56 mL/g。扫描电镜结果显示,酒糟的纤维结构在酶解过程中明显被破坏,说明纤维素酶解促进了纤维素向糖类物质转化。     

稀酸预处理对玉米秸秆纤维组分及结构的影响

研究了稀硫酸预处理对玉米秸秆化学组成变化及纤维素酶水解得率的影响,并采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、红外光谱(IR)和热重分析(TG)对玉米秸秆纤维结构特性进行了分析。结果表明随着硫酸浓度的增大、温度的升高和时间的延长,纤维素和木质素含量有所增加,而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。当处理条件为硫酸质量分数0.75%、温度150℃、时间80 min时,半纤维素降解率为98.02%,所得固体渣纤维素酶水解得率为66.95%(纤维素酶用量20 FPUI/g纤维素)。稀酸预处理后玉米秸秆纤维表面和细胞壁受到不同程度的破坏,表面积增大,孔洞增加,纤维素的结晶度降低,有利于纤维素酶水解作用的进行。     

桉木发酵生产丁醇技术研究

为探索生物质能源树种发酵生产丁醇新技术。以桉木为原料进行稀酸预处理和纤维素酶解将纤维素、半纤维素转化为可发酵糖;采用Ca(OH)2、活性炭及离子交换树脂联合脱毒方法对酶解液脱毒;将脱毒后的酶解液用于丁醇发酵。结果表明:酶解最佳工艺为:纤维素酶用量60FPU/g干物质、酶解36h,纤维素酶解率高达91.55%。水解液脱毒后,甲酸、糠醛、羟甲基糠醛的脱除率分别为65.3%、76.79%和29.32%,木质素降解的醛类和酸类物质的降解率均大于80%;葡萄糖和木糖的损失率极小分别为2.97%和3.54%。脱毒后的水解液补加玉米浆进行丁醇发酵,丁醇和总溶剂产量分别达到11.9g/L和15.7g/L,葡萄糖和木糖的利用率可达95.4%和87.1%。利用桉木发酵生产丁醇效果理想,能够达到粮食发酵产丁醇水平。     

提高木质纤维素酶水解效率的研究进展

利用纤维素酶将预处理后的木质纤维素水解成可发酵性单糖,继而发酵生产所需的液体燃料及其他化工产品,是当前解决资源、环境等难题的有效途径之一.在木质纤维素降解转化工艺中,酶水解效率低、成本高是主要限制因素.如何提高纤维素与纤维素酶的可及度和有效接触面积,从而减少纤维素酶用量及提高酶解效率是水解技术的关键.该文简要归纳了各种提高纤维素酶水解效率方法的最新研究进展,并对其酶解的机理及今后研究的重点进行了分析与展望.     

揭示固态白酒奥秘提高新型白酒质量

１美拉德反应产物的认识与使用固态白酒香和味如何在新型白酒中体现,是新型白酒质量提高的难题。浓香型白酒某些香和味是制曲或发酵过程中微生物代谢产物或生化反应物经蒸馏带入酒体而形成的。现在浓香型白酒的大曲均希望中高温曲,其主要目的是因为中高温大曲在培制过...     

硬毛粗盖孔菌预处理对玉米秸秆酶水解及组分变化的影响

以硬毛粗盖孔菌（Funalia trogii）为研究对象,比较其在不同预处理时间的产酶特征、预处理前后玉米秸秆酶解产糖量及其组分变化。结果表明,硬毛粗盖孔菌对木质素的降解以漆酶和锰过氧化物酶的协同作用为主导,漆酶和锰过氧化物酶活最高分别为341 IU/g和33 IU/g。经生物预处理14 d后的玉米秸秆酶解产糖量可达到350.74 mg/g秸秆,较原料提升184%。玉米秸秆组分的变化与其酶解增效密切相关,F. trogii预处理14 d后木质素和半纤维素含量分别降低了33.99%和36.61%,而纤维素仅降解8.77%,木质素和半纤维素的选择性降解,可显著降低玉米秸秆酶解抗性屏障,提升其酶解糖化效率。硬毛粗盖孔菌预处理玉米秸秆可实现木质纤维素的高效转化,缩短预处理时间,降低处理成本。     

经胆碱氨基酸水溶液预处理的水稻秸秆中残余木质素对多糖酶水解抑制作用的研究

本文通过考察牛血清蛋白(BSA)的添加量和不同纤维素酶用量下其添加与否对水稻秸秆残渣中多糖酶水解效率的影响,以及比较不同木质素含量的底物对纤维素酶催化行为的影响来探讨[胆碱][氨基酸]处理水稻秸秆残渣后其残留木质素对纤维素酶活性的抑制作用大小。结果发现,低酶量下,BSA的添加对纤维素和半纤维素的酶水解降解度有轻微的促进作用,分别最多提高5%及7%;而高纤维素酶用量时,其促进作用甚微。且经该类离子液体处理后的不同木质素含量的水稻秸秆基本上对酶蛋白皆无显著吸附和抑制作用。可见,该类离子液体可去除部分木质素以提高酶分子对多糖底物的可及性,此为多糖酶水解效率提高的关键因素,而该法所形成的残余木质素对酶蛋白的非特异吸附或抑制作用相对较弱。