微波辐射下盐酸催化纤维素水解研究

采用微波辐射与盐酸催化相结合对纤维素进行水解,探讨了微波功率、酸浓度和反应时间等工艺条件对纤维素水解过程的影响,在微波功率为500 W,盐酸浓度为20%的条件下,反应50 min水解液中还原糖浓度达到最大值36.7 g·L-1,比平行实验中常规水浴加热所得还原糖浓度提高了14.4 g·L-1.对微波条件和常规条件下水解残余物的红外分析表明,微波条件与常规条件下的水解残余物结构基本一致,保留了很好的纤维素特征.     

多纤维素酶协同降解玉米秸秆及水解液微生物油脂发酵研究

以富含纤维二糖酶的黑曲霉酶曲协同降解纤维素水解液,利用油脂微生物转化纤维素水解液生产微生物油脂.研究结果表明,酶曲中的纤维二糖酶可以将纤维素水解液中存在的纤维二糖进一步水解成葡萄糖,而油脂酵母Cryptococus curuatus03又能将葡萄糖迅速转化成微生物油脂储存在体内.cryptococcus curvatus 03利用纤维素水解液(总还原糖质量浓度为31.5 g/L).经过4次补糖,细胞生物量为49.3 g/L,油脂含量达到60.1%质量分数.     

玉米秸秆酶水解条件的优化研究

采用响应曲面法对玉米秸秆酶水解反应进行了评价,从而确定玉米秸秆酶水解反应的优化条件为底物中酶浓度57.5 FPU/g,底物质量浓度64.7 g/L,温度48℃,pH值4.8,反应时间49 h。在此条件下,每100 g底物还原糖产量为46.34 g,与模型预测值46.43 g底物非常接近。与单因子实验相比,酶浓度降低了2.5 FPU/g,底物质量浓度提高了14.7 g/L,反应时间缩短了23 h,还原糖产量提高10.41%。响应曲面法优化玉米秸秆酶水解是合理有效的,得到的优化条件有利于玉米秸秆的转化生产还原糖。     

金属离子助催化稀酸水解纤维素工艺的研究

以小麦秸秆为原料,采用正交试验考察了硫酸浓度、Fe2+浓度、反应温度和反应时间等因素对稀酸水解纤维素的还原糖得率的影响,得到了优化的纤维素水解反应工艺组合:反应温度180℃,Fe2+浓度0.0375mol/L,硫酸质量分数1%,反应时间90min。研究了Fe2+、Ni2+、Na+、Mg2+四种金属离子对稀酸水解纤维素制备还原糖的影响,结果表明,金属离子能明显提高稀酸水解纤维素的转化率和还原糖得率,其助催化作用的大小依次为:Fe2+Na+Ni2+Mg2+,Fe2+对稀酸水解小麦秸秆制备还原糖的催化效果最佳,还原糖得率最高可达73.05%,纤维素转化率达到85.79%。     

NaOH冷冻-HCl再生预处理辅助碳基固体酸水解纤维素研究

本研究以提高纤维素转化率和还原糖得率为目标,以玉米秸秆制备的碳基固体酸为催化剂,采用Na OH冷冻-HCl再生为预处理方法,考察了预处理过程中Na OH浓度及纤维素水解过程中水解温度和水解时间对纤维素水解效果的影响。结果表明,在水解温度180℃、水解时间3h、纤维素0.15g、催化剂用量0.45g的条件下,纤维素水解还原糖得率38.78%,纤维素的转化率45.6%,与相同工艺条件下未经预处理的纤维素相比,还原糖得率及纤维素转化率分别提高了30.88%和31.1%,说明Na OH冷冻-HCl再生处理纤维素能够辅助提高碳基固体酸催化水解纤维素的效率。     

响应曲面法优化小麦秸秆纤维素酶水解条件

利用响应曲面试验设计方法(RSM),选择底物质量分数、酶投加量、温度、pH值及水解时间为试验因子,还原糖(RS)产率为响应值,考察小麦秸秆纤维素酶水解过程中各影响因子对还原糖产率的影响,对小麦秸秆纤维素酶水解条件进行优化。结果表明,所考察的5个影响因子对还原糖产率均具有显著影响(p<0.05)。所得回归方程R² 值为 0.946 9,p<0.05,变异系数(C_V)值为4.37%,足够精度值为26.396,说明模型高度显著,可以在设计范围内对响应值进行预测。模型预测最佳水解条件为底物质量分数8.0%,酶投加量为35 FPU/g(以秸杆质量计),温度50 ℃,pH值5.4,水解时间96 h。利用最优水解条件进行验证试验,所得还原糖产率为60.73%,水解液中葡萄糖和木糖质量浓度分别为31.84和 16.74 g/L。     

酸水解法分离玉米芯中五碳糖和六碳糖的动力学

以玉米芯为底物,采用间歇反应釜,在固液比为0.1 g/mL,一定硫酸浓度(质量分数为0.1%~0.9%)和温度(130~170℃)下反应,建立酸水解动力学模型,通过非线性回归拟合获得模型参数。结果表明:较低温度和硫酸浓度可增大五糖碳收率和玉米芯中六碳糖保留率。合适的反应条件为130℃,H2SO4的质量分数为0.1%,反应82 min时,溶液中五碳糖浓度为36.2 g/L,五糖碳收率为90.7%,玉米芯中戊聚糖水解率为97.6%,六碳糖保留率为96.9%。     

玉米秸秆生物法制取酒精的中间试验

建立了玉米秸秆采用蒸汽爆破预处理、纤维素酶水解和戊糖己糖同步发酵技术制取酒精的中间试验装置。玉米秸秆在1.6～2.0 MPa条件下蒸汽爆破预处理,在提高玉米秸秆对纤维素酶可及度的同时,玉米秸秆中纤维素、木聚糖和木质素损失分别为4.08%、40.02%和9.91%。里氏木霉以10%的原料制备纤维素酶,并用于降解剩余的90%的原料,滤纸酶活力和纤维素酶水解得率分别为2.27 FPIU/mL和71.3%。初始还原物浓度为43.65 g/L的水解糖液经树干毕赤酵母发酵16 h,还原物利用率和酒精得率分别为87.17%和0.43 g/g(酒精/消耗的糖)。     

超/亚临界水两步法水解玉米秸秆制备还原糖

以玉米秸秆为原料,采用两种间歇式反应器,对其在超/亚临界水条件下的水解行为进行研究,重点考察了反应温度、反应时间对还原糖产率和液化率的影响。设计了亚临界低温段水解+超临界高温段水解两步法水解生物质的工艺路线,并与超临界一步法水解工艺进行比较。结果表明,对玉米秸秆进行低温段水解,在固液比1∶100、190℃、40 min条件下获得最大还原糖产率为24%;将低温段水解残渣作为高温段水解的原料,在380℃、20 s条件下获得最大还原糖产率为34%。相同条件下,用超临界一步法直接对玉米秸秆进行水解,获得最大还原糖产率为41%。超/亚临界水两步法水解玉米秸秆工艺所获得的还原糖总产率为58%,比超临界一步法水解工艺的还原糖产率提高了17%。     

糖源对细菌纤维素产量的影响

对不同糖源及糖浓度对细菌纤维素的影响进行了探讨,不同的糖源对纤维素的产量有较大的影响,其中以葡萄糖+果糖(1∶1 g/g)为唯一糖源时产量最高。当总糖浓度为40 g/L时,纤维素的产量接近最高点(2.55 g/L)。     

秸秆苯酚选择性液化研究

苯酚液化是生物质液化的重要手段,农作物秸秆是一种不均一的原料,而完全液化将其看作是 "单一"的原料,针对这一问题本研究采用选择性液化处理方式对小麦秸秆进行了苯酚液化,并对比了选择性液化与完全液化。结果表明:低温下适当的浓硫酸用量、较高的苯酚用量、适当的反应时间有利于保留纤维素而选择性液化半纤维素和木质素;与完全液化处理方式相比,选择性液化反应条件温和,保留了大量的纤维素,大大提高了原料利用价值。通过均匀试验和数据回归分析并实验验证得到选择性液化优化条件为:浓硫酸用量占总反应体系质量分数的 3.0%,反应温度 100℃,反应时间 30 min,苯酚与秸秆质量比 3:1,纤维素残留率达 70%,而液化产物结合酚质量分数可达 100%。     

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。     

Effects of dilute acid pretreatment on enzyme saccharification of wheat stubble

BACKGROUND: Prehydrolysis of wheat stubble using moderate temperatures and dilute acid strength is an effective means for solubilizing hemicellulose fractions and improving cellulose hydrolysis. Variation in prehydrolysis parameters (temperature, time, and acid strength) and enzymatic saccharification conditions were examined for conversion of wheat stubble into fermentable sugars. RESULTS: Elevating temperature and acid strength maximized sugar release in prehydrolysate liquors. The optimal conditions of 2.0% H₂SO₄/60 min/121 °C effectively solubilized 79% of the available hemicellulose. Production of inhibitory hydrolysis and degradation products such as acetic acid and levulinic acid, were detected at levels of 3.4 g L^?1 and 0.64 g L^?1, respectively. Sugar yields in prehydrolysate and saccharified liquors were found to increase with treatment severity. Temperature had the greatest impact on sugar release, followed by acid concentration and time. Optimizing prehydrolysis conditions at 1.0% H₂SO₄/90 min/121 °C, produced a 3.2‐fold improvement in cellulose hydrolysis with recoveries approaching 82%. The addition of β‐glucosidase and xylanase to the cellulase preparations assisted monomeric sugar release. CONCLUSION: Although treatment conditions for hemicellulose and cellulose hydrolysis differ, the study's findings suggest a good degree of overlap and process flexibility which should permit high recovery of pentose and hexose sugars. Copyright © 2011 Society of Chemical Industry     

Ni-Fe双金属对氯代苯酚催化还原脱氯的试验

分别采用Ni-Fe双金属体系和单一零价铁对氯代有机物2,4-二氯苯酚、2-氯苯酚和4-氯苯酚进行了催化还原脱氯的研究。结果表明:单一零价铁能够对氯代苯酚还原脱氯,但效率不高,通常在10%～25%。在镍的催化作用下,零价铁对氯代苯酚的还原脱氯效率大大提高。当零价铁加入量为60 g/L,硫酸镍为0.6 g/L,初始氯代苯酚的质量浓度在25 mg/L左右,反应初始pH值控制在偏酸性的条件下,还原脱氯效率可达到70%以上。氯代苯酚降解的准一级速率常数和降解率满足以下规律:4-氯苯酚大于2-氯苯酚大于2,4-二氯苯酚。     

纤维素水解液中木糖发酵制丁醇

对实验室菌种进行筛选后,得到一株能利用纤维素水解液木糖发酵生产丁醇的菌株。研究发现,该菌株不仅能利用水解液中的葡萄糖,还可以利用水解液中的木糖。对菌种生长特性探索,批式发酵中碳源、氮源以及CaCO3等条件优化后,得到最佳种子培养时间为20～24 h,并确定了木糖浓度为20 g/L的纤维素水解液用于15 L发酵罐实验,在37 ℃静置培养84 h,丁醇产量10.95 g/L,总溶剂16.78 g/L（丙酮、乙醇、丁醇三者之和）,木糖利用率达到70%以上,总溶剂转化率为39.4%。解决了纤维素水解液中木糖不能被利用而造成的经济损失问题。     

滇池蓝藻在亚/超临界乙醇中热化学催化液化制备生物油及其特性

在高压反应釜中,以亚/超临界乙醇为液化介质、以SO42-/ZrO2为催化剂催化液化滇池蓝藻制备生物油,考察了反应温度、反应时间、催化剂用量、料液比等对蓝藻液化效果的影响. 正交实验表明,反应温度270℃、反应时间40 min、催化剂SO42-/ZrO2加入量为蓝藻质量的2%、蓝藻与乙醇比为1:15 g/mL是最佳的条件,在此条件下液化率为87.46%,油产率为63.32%. 分析了生物油的特性和组分,生物油是一种组成复杂的有机混合物,其主要成分为十六烷酸乙酯.     

利用纤维素水解液中的纤维二糖发酵制备丁二酸

纤维素水解液中通常含有纤维二糖。本文考察了Actinobacillus succinogenes NJ113利用纤维二糖厌氧发酵生产丁二酸的能力,并利用蔗渣纤维素制备纤维二糖作为碳源用于厌氧发酵生产丁二酸。3 L发酵罐厌氧发酵结果显示：以35 g/L纤维二糖作为碳源发酵制备丁二酸,其产量为23.51 g/L,产率达到67.17%;用含有18 g/L纤维二糖和17 g/L其它糖类的蔗渣纤维素水解液作为碳源发酵制备丁二酸,丁二酸的产量和产率分别为20.00 g/L和64.73%。因此,Actinobacillus succinogenes NJ113具有较强的利用纤维二糖生产丁二酸的能力,而且利用废弃的纤维素制备纤维二糖作为碳源高效、经济地发酵制备丁二酸具有可行性。     

L-色氨酸中试生产研究

为提高L-色氨酸发酵水平,在100L发酵罐上考察了不同操作条件对大肠杆菌发酵生产L-色氨酸的影响。结果表明不同操作条件对L-色氨酸发酵有显著影响。残糖浓度、补料方式、柠檬酸钠添加质量分数、接种量及溶氧量分别控制在5 g/L、溶氧控制脉冲补料、2 g/L、5%及10%～15%时,发酵效果最好,在1 m3罐上进行验证实验,L-色氨酸产量稳定在40 g/L左右。     

橡子粉同步液化糖化产燃料乙醇的发酵条件优化

以除去单宁的橡子粉为原料,应用活性干酵母同步液化糖化发酵(SLSF)制备燃料乙醇,并通过单因素试验和正交试验优化发酵条件。结果表明,同步液化糖化发酵技术适用于橡子粉发酵制备燃料乙醇;发酵的最佳条件为:除去单宁的橡子粉20 g,料液比为1:3(g:mL),淀粉酶100 U/g,糖化酶3 750 U/g,活性干酵母1.50%;在30 ℃静止发酵120 h,发酵液中的乙醇质量浓度达到106.5 g/L,橡子淀粉的乙醇转化率达到89.36 %。采用橡子粉发酵法制备燃料乙醇与以玉米等粮食作物为原料制备的燃料乙醇质量浓度相当,可以替代粮食作物生产燃料乙醇。