蒸汽爆破麦草同步糖化发酵转化乙醇的研究

近年来对木质生物资源同步糖化发酵转化乙醇的研究较多,但是,麦草同步糖化发酵转化乙醇的最佳工艺条件还未确定。文中采用正交试验设计的方法,对在混合酶(纤维素酶Celluclast 1.5 1,β-葡萄糖苷酶Novozym 188)与酿酒酵母菌作用下,稀硫酸催化的蒸汽爆破麦草原料同步糖化发酵转化乙醇的工艺条件进行研究,详细讨论了反应温度、底物质量浓度、发酵液pH值、纤维素酶浓度对乙醇质量浓度和得率的影响。结果表明,工艺条件对乙醇质量浓度和得率的影响程度由高到低依次为:底物质量浓度、纤维素酶浓度、发酵液pH值、反应温度。最佳工艺条件为反应温度35℃,底物质量浓度100 g/L,发酵液pH值5.0,纤维素酶浓度30 FPU/g。在此条件下,随着反应时间的延长,乙醇质量浓度持续上升。反应72 h后,乙醇质量浓度和得率分别达到22.7 g/L和65.8%。     

麦秸秆的氢氧化钙预处理及酶解试验研究

采用氢氧化钙对麦秸秆进行预处理,以酶解还原糖得率为目的,分别优化预处理及酶解条件。结果表明,氢氧化钙预处理麦秸秆的最佳条件是:Ca(OH)2添加量为0.06g/g(对秸秆),固液比为1:10,在120℃下反应时间为2h;最佳酶解条件是:温度50℃,pH4.8,纤维素酶17FPU/g(对秸秆),木聚糖酶160IU/g,在添加0.15g/g(对秸秆)Tween80条件下,酶解液中还原糖质量浓度为62.32g/L,酶解还原糖得率达85.23%。     

稻草秸秆的酶解糖化及发酵生产衣康酸

以稻草秸秆酶解糖化液为原料,利用土曲霉KY-013发酵生产衣康酸;研究了超微粉碎、高温蒸煮、稀硫酸和NaOH溶液等预处理方式对稻草秸秆酶解糖化的影响。确定稻草秸秆的最佳预处理方式为:按固液比1∶7.5(g∶mL)加入质量分数为1.5%的NaOH溶液,于30℃、200 r·min~(-1)振荡处理24 h;最佳酶解工艺为:按固液比1∶20(g∶mL)加入pH值4.8的柠檬酸缓冲液,加入2.5 IU·g~(-1)纤维素酶溶液,于50℃、200 r·min~(-1)酶解48 h。在此条件下,还原糖转化率达到最高,为82.51%。在不添加葡萄糖和木糖条件下,酶解糖化液中葡萄糖浓度为30 g·L~(-1)、木糖浓度为3.5 g·L~(-1)时,衣康酸产量达到最高,为9.78 g·L~(-1);在额外添加葡萄糖和木糖条件下,随着外源葡萄糖和木糖浓度的增加,土曲霉KY-013对酶解糖化液的利用效率逐渐升高,衣康酸产量最终达53.88 g·L~(-1)。本研究为衣康酸工业化原料找到了非粮替代品,也为生物发酵行业碳源的原料供应提供了新的途径。     

稻草秸秆3种预处理方法的比较

底物w(纤维素)和w(半纤维素)是木质纤维素转化为乙醇、乳酸和其他化学品最为重要的因素。为了提高底物w(纤维素)、w(半纤维素)和糖化得率,该文采用稀硫酸、氢氧化钠和氢氧化钠联合过氧乙酸等3种化学方法对稻草秸秆进行了预处理。结果表明,用ρ(NaOH)=20 g/L的碱液于85℃与ρ(过氧乙酸)=60 g/L酸液于75℃联合处理秸秆时,秸秆w(纤维素)从41.5%上升到81.5%,w(半纤维素)下降为13.7%,纤维素酶酶解48 h葡萄糖质量浓度达37.7 g/L,木糖质量浓度为12.8 g/L;用ρ(NaOH)=20 g/L碱液于121℃处理秸秆时,秸秆w(纤维素)为66.3%,w(半纤维素)为20.2%,酶解60 h后葡萄糖质量浓度为33.5 g/L,72 h木糖质量浓度为15.1 g/L。     

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。     

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。     

木薯渣超低酸预处理后的酶水解及乙醇发酵

为提高木薯渣的酶解糖化效率,降低原料处理成本,采用超低酸(ULA)对木薯渣进行预处理,并对预处理后的木薯残渣(CR_(ULA))进行纤维素酶酶解糖化,同时探究木薯残渣附着酶的再利用以及回用过程抑制物的累积对发酵产乙醇的影响。结果表明,CR_(ULA)采用70 FPU/g_(底物)纤维素酶水解12 h后,获得47.22 g/L葡萄糖和60.61 g/L总糖。附着于CR_(ULA)上的纤维素酶循环利用5次,纤维素酶添加量从70 FPU/g_(底物)(RUN 1)下降到42 FPU/g_(底物)(RUN 5),节省了40%的新鲜酶,RUN 5的葡萄糖和总糖浓度分别为48.00 g/L和60.92 g/L。RUN 1和RUN 5的酶解液分别用于乙醇发酵,得到乙醇浓度和得率分别为21.67 g/L和0.46 g/g_(葡萄糖)、21.52 g/L和0.45 g/g_(葡萄糖),与葡萄糖培养基所得结果接近。附着酶再利用过程中抑制物乙酸、5-HMF和糠醛浓度有累积增加,而甲酸无明显的变化。由物料衡算可知,木薯渣经ULA预处理及酶水解后,葡萄糖得率为80.64%,乙醇产率为13.84%。     

纤维素酶预处理花生壳工艺条件优化

用纤维素酶预处理花生壳,以乙醇提取木犀草素。结果表明,纤维素酶预处理花生壳的最佳工艺条件为:酶解液pH值5.2,酶解温度50℃,酶解时间1.5 h,酶用量0.10%。在最佳预处理条件下预处理后的花生壳木犀草素的提取率可达2.831 0 mg/g,而未经纤维素酶预处理的花生壳木犀草素的提取率仅为1.518 0 mg/g。     

银杏黄酮的酶法提取工艺研究

研究了银杏叶中黄酮的酶法提取工艺,银杏叶原料经纤维素酶预处理后浸提,总黄酮得率显著提高,对叶得率可达到2.01%。其酶解过程的最优参数为:料液中酶的质量浓度为0.125g/L,酶与底物配比为1∶1200,酶解温度45℃,自然pH值,酶解时间2h。     

木薯酒精渣的预处理及补料同步糖化发酵制取乙醇

木薯酒精渣的处置是制约木薯燃料乙醇大规模产业化的问题之一。本文立足于探索木薯酒精渣利用途径,分析了木薯酒精渣的主要成分,对比了氨水、氢氧化钠、氨水组合稀硫酸3种预处理方式对于木薯酒精渣纤维素和木素含量及纤维素酶水解效率的影响,分析了处理前后木薯酒精渣的表面结构及纤维素结晶度,并以氨水处理后的木薯酒精渣为底物,进行了同步糖化发酵。结果表明,3种预处理方法中组合预处理能更好地增加纤维素含量和提高纤维素酶水解效率,与未处理原料相比,组合预处理后纤维素含量增加了111.26%,木素下降了35.05%,酶水解72h纤维素转化率从42.10%增加到61.71%。氨水预处理后,原料的木素含量降低,处理后木薯酒精渣的表面变得更加粗糙,纤维素结晶度有所增加,以氨水处理后的木薯酒精渣为底物进行分批补料同步糖化发酵,当初始底物浓度为100.0g/L,分别在20h、40h、60h进行补料至最终底物浓度为400.0g/L时,发酵120h乙醇浓度达到51.0g/L。     

甘蔗渣的酸催化常压甘油有机溶剂预处理及其酶解

预处理可以打破木质纤维素原料纤维素、半纤维素和木质素三大组分间的顽抗结构,从而提升纤维素基质可酶解性。本文针对目前常压甘油有机溶剂预处理花费时间过长的问题,尝试开展酸催化的常压甘油有机溶剂预处理研究以缩短预处理时间。实验通过单因素选择和响应面Box-Behnken设计优化,获得酸催化常压甘油有机溶剂预处理的最佳条件为：预处理温度245℃,预处理时间38min,硫酸添加质量0.1%。在此条件下获得基质48h酶解率的响应面预测值为94.0%,实际值为91.4%。结果表明响应面优化方案和回归模型适用于本实验,预处理显著提高了基质可酶解性。高浓度基质（15%～20%）酶解进一步证明了预处理后基质具有突出的可酶解性,20%浓度基质在酶载量5FPU/g干基质条件下批次酶解72h,酶解率达60%,葡萄糖浓度达83.4g/L。酸催化常压甘油有机溶剂酸预处理在明显缩短预处理时间的同时,能显著提高木质纤维素基质可酶解性,使后续工业化意义的浓醪酶解糖化成为可能。     

冰糖橙皮渣发酵产燃料乙醇的工艺优化

采用纤维素酶、果胶酶和β-葡萄糖苷酶对冰糖橙皮渣进行水解,所得还原糖液接种异常毕赤酵母进行发酵,考察了酵母接种量、发酵时间、pH和发酵温度等单因素对乙醇得率的影响。单因素结果表明:接种量为12%、发酵时间72 h、pH 4.5、发酵温度33℃时乙醇得率最高。在此基础上设计L9(34)正交实验。结果表明,最佳工艺条件为pH 4.5,接种量12%,发酵时间72 h,发酵温度30℃。在此条件下乙醇产率为0.2451 g/g,显著高于单因素实验(0.2263 g/g)和正交实验结果(0.2329 g/g)。     

过氧化氢-乙酸联合预处理对甘蔗渣酶解和发酵的影响

采用过氧化氢-乙酸(HPAC)对甘蔗渣(SCB)进行了联合预处理。以预处理后的甘蔗渣为原料,先进行酶水解,然后将水解液进行乙醇发酵,探讨预处理对甘蔗渣酶解和发酵的影响。实验结果表明：20 g甘蔗渣,加入150 mL过氧化氢水溶液(75 mL过氧化氢(30%)和75 mL水)和150 mL乙酸(99%),硫酸用量为过氧化氢-乙酸溶液体积的0.5%,在70℃反应2 h时,HPAC预处理脱除了88.85%的木质素,并使90.10%的纤维素保留在底物中。底物(HPAC/70-SCB-0.5)的酶可及度是80.30 mg/g,与相同条件下单独过氧化氢预处理(HP/70-SCB)和单独乙酸预处理(AC/70-SCB)相比,分别增加了38.26%和31.08%,甘蔗渣木质素的表面覆盖率从原料的0.66降低至0.22。酶解上清液在酶用量为5 FPIU/g(以底物计)条件下水解后,葡萄糖得率是87.63%,分别是HP/70-SCB和AC/70-SCB的6.89和20.62倍,发酵产乙醇质量浓度是7.57 g/L,分别是HP/70-SCB和AC/70-SCB的7.65和22.94倍。     

柑橘皮渣总黄酮提取工艺研究

以超声波提取法优选柑橘皮渣总黄酮提取工艺。采用L9(34)正交实验法,以浸膏得率(%)和浸膏中总黄酮含量(%)为评价指标,考察物料比(g∶mL)、乙醇含量(%)、提取时间(min)和提取温度(℃)对柑橘皮渣总黄酮提取的影响。结果表明以20倍量70%乙醇于50℃下超声提取40 min,提取2次为最佳提取工艺。该优选的工艺条件可提高柑橘皮渣综合利用率,并为制备高附加值柑橘产品提供一定参考。     

三氟乙酸/超声波预处理对芒草纤维素结构及酶解效果的影响

以芒草秸杆为原料,通过三氟乙酸/超声波对其进行预处理,研究预处理前后芒草秸杆酶解效果。采用DNS法测定处理样品中还原糖含量;通过红外光谱及XRD分析考察预处理对芒草秸杆成分及纤维组织结构的影响。结果表明,三氟乙酸/超声波能有效破坏纤维素的晶形结构,增加纤维素酶与底物的酶解可及度,促进了芒草秸杆的酶解糖化。在40%三氟乙酸溶液、30℃、固液比为1∶30及超声波的辅助作用下预处理4h的芒草秸杆,当p H为4.6,加酶量22mg·g^-1,45℃酶解72h,其酶解糖化率可达64.6%。     

Bioconversion of corn stover hydrolysate to ethanol by a recombinant yeast strain

Three corn stover hydrolysates, enzymatic hydrolysates prepared from acid and alkaline pretreatments separately and hemicellulosic hydrolysate prepared from acid pretreatment, were evaluated in composition and fermentability. For enzymatic hydrolysate from alkaline pretreatment, ethanol yield on fermentable sugars and fermentation efficiency reached highest among the three hydrolysates; meanwhile, ethanol yield on dry corn stover reached 0.175 g/g, higher than the sum of those of two hydrolysates from acid pretreatment. Fermentation process of the enzymatic hydrolysate from alkaline pretreatment was further investigated using free and immobilized cells of recombinant Saccharomyces cerevisiae ZU-10. Concentrated hydrolysate containing 66.9 g/L glucose and 32.1 g/L xylose was utilized. In the fermentation with free cells, 41.2 g/L ethanol was obtained within 72 h with an ethanol yield on fermentable sugars of 0.416 g/g. Immobilized cells greatly enhanced the ethanol productivity, while the ethanol yield on fermentable sugars of 0.411 g/g could still be reached. Repeated batch fermentation with immobilized cells was further attempted up to six batches. The ethanol yield on fermentable sugars maintained above 0.403 g/g with all glucose and more than 92.83% xylose utilized in each batch. These results demonstrate the feasibility and efficiency of ethanol production from corn stover hydrolysates.     

乙二醇双琥珀酸烷基聚氧乙烯醚双酯磺酸钠的合成及泡沫性能研究

采用乙二醇、马来酸酐和脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO3)为主要原料,采用两步酯化反应和磺化反应,在催化剂的作用下,合成了一种阴非离子型双子表面活性剂。各步反应的最佳条件:酯化反应Ⅰ(反应温度120℃,马来酸酐与乙二醇的摩尔比为2.15∶1,催化剂用量2%,反应时间4 h);酯化反应Ⅱ(AEO3∶酯化产物Ⅰ摩尔比为2.10,反应温度180℃,催化剂用量3%,反应时间6 h);磺化反应(温度100℃,亚硫酸氢钠与酯化产物摩尔比为1∶3,催化剂用量1.5%,反应时间4 h)。产物的临界胶束浓度为0.17 mmol/L,γCMC为35.2 m N/m,浓度750 mg/L时,泡沫性能达到稳定。     

水葫芦生物降解动力学实验研究

以富含纤维素的水葫芦粉末为发酵底物,经驯化的厌氧污泥为接种物,在中温条件下(34℃)进行了探索性实验。计算了序批式厌氧发酵过程的主要生物动力学参数。给出了发酵过程的比基质利用常数K=0.058d-1和基于底物投料量P(以VSS计,g/L)与接种污泥量X(以MLVSS计,g/L)的水解速率方程r=1.40P+20.07X-53.74。实验中测定所产生物气中最高甲烷含量为59%。     

水溶性有机硼锌肥的制备及其性能表征

以三乙醇胺、硼酸和硫酸锌为原料,添加助剂A,制备高浓度水溶性有机硼锌肥。实验结果制备有机硼锌肥较适宜的工艺条件为:温度130℃,转速500 r/min,反应时间3 h,n(助剂A)/n(硫酸锌)=2,n(硼酸)/n(三乙醇胺)=2。所制得的有机硼锌肥中硼锌总质量浓度大于140 g/L,黏度550~650 mPa.s,有机质质量浓度大于350 g/L,溶解度大于70 g/L。