玉米秸秆预处理研究

研究了秸秆粉碎后经过稀酸、稀碱和氨水3种预处理方式对玉米秸秆的影响;考查了预处理后秸秆的纤维素比例、糖转化率及对设备要求和环境污染等因素。研究表明:每种预处理对玉米秸秆的利用都有不同的影响,最终选择以质量分数4%H_2SO_4作为最佳预处理方式,此时的纤维素比例为65.1%,糖转化率达到47.8%。     

预处理对玉米秸秆纤维筛分及酶解性能的影响

分别采用热水和NaOH对玉米秸秆进行预处理,并对预处理后玉米秸秆进行筛分。研究了两种预处理方法对玉米秸秆不同筛分组分及其化学成分的影响,并对不同筛分组分的纤维素酶解性能进行了研究。结果表明,与热水预处理相比,NaOH预处理玉米秸秆的细小纤维含量和纤维素酶解转化率更高。不同筛分组分的化学成分和酶解性能有一定差异,细小纤维的纤维素酶解效率更高。     

降解玉米秸秆产纤维素酶和木质素酶菌种的筛选

筛选能降解玉米秸秆产生纤维素酶和木质素酶的菌种,并测定纤维素酶系和木质素酶系的相关酶活.经过筛选得到10株菌株,经鉴定为:Penicillium sp、Altemaria sp、Aspergillus fumigatus、Aspergillus sp、Pestalotiopsis sp、Tricherderma sp、Cephalsporium sp、Pleurotus sp.酶活分析显示,筛选得到的10株菌都有CMC酶、滤纸酶、微晶纤维素酶、Mn过氧化氢酶、漆酶等酶活性;筛选得到的茵株都具有较全面的降解玉米秸秆所需要的酶系,具有较好的玉米秸秆生物降解的研究价值.     

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。     

不同预处理方式对玉米秸秆酶解液成分的影响

玉米秸秆中的单糖或者寡糖的释放由于芳香族聚合物木质素阻遏纤维素酶进行糖解聚作用而效率地下.然而预处理作用可以有效地移除木质素或者打破木质素的结构,从而可以增强还原糖的释放.其过程主要包括2个生物转化程序:玉米秸秆中纤维素的水解产生还原糖,然后进行生物乙醇发酵生产过程.在该研究中,通过HPLC方法监测不同预处理方法处理玉米秸秆酶水解液中的成分,从而得到最佳的预处理方法.结果表明,磁力搅拌辅助CO2激光协同通气预处理方法的糖化效果高于其他预处理方法.     

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。     

预处理玉米秸秆连续酶水解与发酵工艺研究

本文以预处理玉米秸秆(PCS)为底物,设计建造了连续酶水解与发酵实验室装置,并利用该装置研究了3个体系的连续酶水解发酵过程。结果表明,干物质浓度(TS)21%/酶加量(EL)5.4%(酶和纤维素的质量百分比,下同)和25%TS/4.8%EL的两个体系分别在27 d和36 d(在表1内有体现)内达到稳定运行,乙醇浓度最高分别可达到2.8%和3.3%。36.8%TS/3.7%EL体系由于抑制物的影响无乙醇产生,但稳定运行时水解糖浓度可达到12.5%,达到了提高酶水解过程水解糖浓度的目的,表明连续酶水解发酵工艺可行。      

酸性蛋白酶预处理对小麦秸秆纤维素酶酶解的影响

为提高小麦作物秸秆酶解效率,对小麦秸秆进行酸性蛋白酶酶解预处理,然后进行纤维素酶酶解。以最终得糖率为指标考察酸性蛋白酶预处理对纤维素酶降解小麦秸秆的影响。采用单因素和正交实验对酸性蛋白酶酶解预处理条件进行优化,结果表明预处理小麦秸秆最优条件为:反应温度45℃,反应时间4h,加酶量0.5%(酶∶原料),固液比1∶12(g/mL),pH为3。经预处理条件优化后,纤维素酶解率达73.12%。     

酸性蛋白酶预处理对小麦秸秆纤维素酶酶解的影响

为提高小麦作物秸秆酶解效率,对小麦秸秆进行酸性蛋白酶酶解预处理,然后进行纤维素酶酶解。以最终得糖率为指标考察酸性蛋白酶预处理对纤维素酶降解小麦秸秆的影响。采用单因素和正交实验对酸性蛋白酶酶解预处理条件进行优化,结果表明预处理小麦秸秆最优条件为:反应温度45℃,反应时间4h,加酶量0.5%(酶∶原料),固液比1∶12(g/mL),pH为3。经预处理条件优化后,纤维素酶解率达73.12%。      

离子液体预处理对玉米秸秆酶解效率的影响

离子液体作为一种可应用于木质纤维素预处理的新型绿色溶剂,以其处理效率高、环境友好等优势越来越受到人们的关注。采用4种离子液体:1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐([Emim]Ac)、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐([Amim]Cl)、1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐([Bmim]HSO4)、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([Bmim]BF_4),处理玉米秸秆,比较预处理后物料的酶解效果,并考察预处理后秸秆的成分、表面形态和结构的变化对酶解效率的影响,以探究离子液体预处理提高酶解效率的机制。结果表明,[Emim]Ac、[Amim]Cl、[Bmim]BF_4等3种离子液体在130℃下处理玉米秸秆1.5 h均可以在一定程度上去除木质素,有效地打破木质素与半纤维素的连接键,提高酶解效率。其中,[Emim]Ac具有较好的木质素选择性脱除效果,使木质素去除率达54.47%,有效破坏了包裹着纤维素的致密网状结构,增加物料的表面粗糙度,同时使纤维素由晶型I转变为更易酶解的晶型II,使预处理后秸秆的酶解效率提高到91.20%,是预处理前酶解效率的4.77倍。     

用玉米粉酶法生产淀粉糖和发酵制品

玉米粉不同于湿法玉米淀粉，是指用玉米经干法 (湿润 )脱皮脱胚后制得的玉米粉。工业上也称低脂玉米粉。目前国际上流行的用于淀粉糖和发酵制品的玉米淀粉，均是湿磨法。全世界产淀粉 4700万吨，玉米淀粉占 3600万吨，均是湿法。我国产淀粉 400万吨，玉米淀粉约 330万吨 .基本上是湿法淀粉。　　湿法淀粉有其优点，因为玉米经水浸泡 (浸泡时间 48小时～ 72小时 )，胚芽充分膨胀。浸泡过的玉米经几道磨碎，可以将胚芽较完整分离出来，然后筛除玉米皮，在经分离及旋流分离淀粉乳中的蛋白质，得到商品淀粉。全部是物理加工过程，能获得纯度较高…     

水热预处理过程中pH值对玉米秸秆水解特性的影响

本研究采用乙酸或NaOH调节水热预处理的pH值,通过分析玉米秸秆中纤维素、半纤维素和木素降解产物的变化,研究了水热预处理的pH值对玉米秸秆水解特性的影响。结果表明,在水热预处理过程中,乙酸的添加促进了纤维素和半纤维素降解,但木素溶出率略有下降,水解液中木糖、低聚木糖、葡萄糖等糖类物质含量增加,糠醛和5-羟甲基糠醛等物质含量快速提升;当NaOH用量小于3%时,随着NaOH用量增加,纤维素和半纤维素降解减少,NaOH主要消耗于半纤维素中的乙酰基脱除;当NaOH用量为3%时,此时水热预处理终点pH值为5.84,固体物料得率达到最大值为75.15%;继续增加NaOH用量,木素的溶出率开始增加,固体物料得率下降。结果显示pH值可以成为调控水热预处理水解效果的重要手段。     

利用玉米秸秆水解液发酵生产2,3-丁二醇

利用1株克雷伯氏菌(Klebsiella oxytocaZU-03)发酵玉米秸秆水解液生产2,3-丁二醇,使水解液中的己糖和戊糖都得到了有效利用。研究结果表明,当玉米秸秆水解液中Na2SO4浓度低于20 g/L时,对2,3-丁二醇的发酵无明显影响。乙酸和乙醇是主要的发酵副产物,当浓度分别超过20 g/L和5 g/L时,对发酵的抑制作用较明显。玉米秸秆水解液发酵生产2,3-丁二醇的适宜初始pH值为6.0-6.5,初始总糖浓度为80-100 g/L。在总糖浓度80 g/L(含葡萄糖47.25 g/L,木糖32.75 g/L),初始pH值6.0,温度30℃的条件下发酵64 h,总糖利用率达到99.36%,2,3-丁二醇的质量浓度为37.20 g/L,产率为0.468 g/g(总糖),达到理论最大产率的94%。     

Clostridium saccharobutylicum利用玉米秸秆水解液发酵生产燃料丁醇

以Clostridium saccharobutylicum DSM 13864为丁醇生产菌株,采用正交优化法确定了以玉米秸秆水解液为底物的最优培养基配方:CaCO32.0 g/L,(NH4)2SO41.0 g/L,K2HPO40.5 g/L,玉米浆干粉15 g/L,MnSO4.H2O 0.01 g/L。采用该最优培养基配方,在3 L发酵罐中发酵培养40 h后,总溶剂为16.1 g/L,其中丁醇10.59 g/L,发酵强度为0.40 g/(L·h),生产率为0.33 g/g。通过对发酵过程进行变温调控证实低温有利于溶剂积累,总溶剂由17.01 g/L提高至19.98 g/L。在稀释率为0.1 h-1的变温连续发酵过程中,从80 h开始进入稳定产溶剂状态并持续至269 h,该阶段平均总溶剂为12.28 g/L(其中丁醇8.50 g/L),发酵强度为1.23 g/(L·h),是变温分批发酵(D方式)的4.92倍。     

玉米秸秆发酵燃料乙醇预处理条件的优化

以玉米秸秆为原料,利用不同浓度的稀硫酸在均相反应器中对其进行高温水解,获取可发酵性还原糖。结果表明,以0.8%(w/w)的稀硫酸,在150℃,保温1h的预处理条件下,水解还原糖得率达57.3%。对处理过的玉米秸秆进行X射线衍射分析,发现其结晶度提高。该条件的处理液经纤维素酶与木聚糖酶酶解,还原糖得率可达92%以上。     

原料前处理对玉米浆酶解效果的影响及酶解工艺优化

玉米浆加工前预处理可解决溶解性不佳、易老化等问题,提高其加工特性、加工产品的感官品质及营养吸收率。该研究以玉米为原料,通过单因素及响应面优化试验,得到不同预处理方法对玉米浆后续酶解效果的影响,以及玉米浆酶解最佳工艺条件。结果表明,预处理选择膨化工艺,中温淀粉酶酶解条件：料液比为1∶5（g/mL）、酶添加量0.4%、酶解温度70℃、酶解时间60 min,此条件下制得的玉米酶解物可溶性固形物含量大于13 g/100 mL,原料利用率大于40%。在此基础上,以葡萄糖当量（dextrose equivalent,DE）为指标进行响应面优化试验,得到玉米浆最佳酶解条件：采用膨化玉米糁为原料,料液比1∶5（g/mL）,中温淀粉酶添加量0.45%、酶解温度70℃、酶解时间80 min,葡萄糖淀粉酶作用pH值为4、酶添加量0.2%、酶解温度70℃、酶解时间60 min,最终酶解产物的DE值高于58%。     

玉米秸秆稀酸预处理对发酵抑制物产生的影响

研究了稀硫酸预处理玉米秸秆过程中,硫酸浓度、温度与时间对发酵抑制物甲酸、乙酸、糠醛、羟甲基糠醛以及乙酰丙酸产生的影响.结果表明,发酵抑制物甲酸、乙酸、糠醛、羟甲基糠醛与乙酰丙酸最大量分别为0.60、8.75、4.93、1.02、0.41g/L.随着硫酸浓度增大、温度升高、时间延长,各抑制物生成量增加.正交试验结果表明,影响乙酸生成的因素主次大小依次为硫酸浓度,温度,时间;而影响糠醛生成的因素主次大小依次是温度,硫酸浓度,时间.     

乙醇预处理前后玉米秸秆半纤维素的提取及性质研究

以玉米秸秆为原料,在温度160℃、保温时间60 min、乙醇浓度50%、固液比1∶8的条件下进行预处理,并对预处理前后的玉米秸秆进行半纤维素的提取和纯化。结果表明,乙醇预处理过程脱除了玉米秸秆中66.6%的Klason木素和61.3%的苯-醇抽出物,还降解了部分半纤维素和少量纤维素。在乙醇预处理过程中,半纤维素中的葡聚糖最易降解,聚阿拉伯糖次之,聚木糖最稳定,糖醛酸含量没有明显变化。结合红外光谱、紫外光谱、液相色谱等分析发现,乙醇预处理后半纤维素中含有较多的甲基、亚甲基单元,说明乙醇预处理造成玉米秸秆半纤维素降解,使半纤维素分子质量降低、多分散系数变大。     

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。