离子液体-乙醇-水体系水热法分离毛竹组分

采用水热法与离子液体-乙醇-水体系组合处理毛竹,分析了固体产物结构. 结果表明,基本实现了毛竹全组分分离,水热法预处理选择性脱除半纤维素组分的脱除率达82.88%. 离子液体-乙醇-水体系中大部分木质素被溶解,而纤维素基本不发生水解,最佳工艺条件为：反应温度170℃,反应时间4 h,[AMIM]OAc:C2H6O:H2O=5:5:0.5(j),此条件下,水解残渣溶解率为43.14%,粗纤维素和粗木质素的纯度分别为91.38%和87.70%.     

低共熔溶剂协同酸性二氧六环预处理杨木及其酶水解特性的探究

以杨木为原料,采用低共熔溶剂(DES)协同酸性二氧六环进行预处理,研究盐酸浓度、预处理时间和预处理温度对杨木酶水解特性的影响。结果表明,当盐酸质量分数为1%,反应温度为110℃,时间为70 min时,酶水解得率为69.75%,纤维素保留率为73.66%、半纤维素和木质素脱除率分别为72.61%和48.71%。协同预处理在保留纤维素的同时,可显著提高杨木中半纤维素和木质素的脱除率。同时,预处理能够大大提高杨木的结晶度,破坏杨木的致密结构,影响其热稳定性,进而有效提高纤维素酶水解得率。     

亚硫酸钠预处理提高稻草酶水解糖化效率的研究

研究了亚硫酸钠预处理对稻草化学组分变化及酶水解性能的影响。结果表明,提高温度或增加Na2SO3用量可以脱除更多的木质素和半纤维素,酶水解效率也相应提高,但木质素脱除率达到50%以后,继续增强预处理条件,对酶水解糖得率无显著的促进作用。相比而言,加大Na2SO3用量更有利于使木质素溶出,提高温度更有利于使高聚糖溶出,加大Na2SO3用量比提高温度对酶水解效率的提高影响更显著。通过实验得到亚硫酸钠预处理稻草的最优条件,在温度为140℃,Na2SO3用量为16%,纤维素酶用量为20 FPU/g(对纤维素)时,总糖转化率达到最大,为74.9%,此时的总糖得率为43.5%。     

低共熔溶剂预处理杨木水解渣拆解木质素

为高效去除木质纤维素中的木质素,获得富含纤维素的底物,实现木质纤维素组分的单一分离与组分全利用,制备合成了6种三元低共熔溶剂(deep eutectic solvent, DES),利用DES预处理已去除半纤维素的杨木水解渣,研究了6种低共熔溶剂对木质素去除和纤维素保留的影响,并优化获得了最佳的预处理工艺参数。结果表明,6种DES中苄基三乙基氯化铵-乙二醇-氯化铁(T-EG-Fe)的预处理效果最优,木质素去除率为80.46%,纤维素保留率为90.81%。优化得到T-EG-Fe预处理杨木水解渣最佳工艺条件为:反应固液比为1∶15,反应温度为130℃,反应时间为5h,在最优条件下预处理得到的固体残渣中纤维素质量分数为92.78%,木质素质量分数为5.33%。T-EG-Fe具有高效拆解木质素的潜力,在木质纤维素预处理过程中具有一定的应用价值。     

甲酸―盐酸体系下木质纤维素的组分分离

研究了常压下甲酸―盐酸体系中木屑的溶解规律,结合酸回收和碱沉方法实现了木屑的组分分离。经酸体系处理后的剩余物主要成分为纤维素,滤液经酸回收和碱沉后得到的沉淀是木质素,半纤维素全部水解。实验确定了最佳分离条件:在甲酸―盐酸(体积比3∶1)体系中,溶解温度为60℃,溶解时间为180min,液固比为10∶1,在此条件下,木屑的溶解率可达48.8%,木质素收率为23.2%。通过FTIR、XRD及NMR等方法对溶解后及甲酸回收后剩余物质的结构进行了分析确证。     

玉米芯氨水预处理及酶解工艺研究

为有效提高木质纤维素酶解转化率,文中以玉米芯为研究对象,在常压中温下采用氨水浸泡工艺处理原料,考察了预处理条件对木质素脱除率和纤维素、半纤维素酶解转化率的影响规律。确定了最适预处理条件:氨水质量分数为15%、固液质量体积比为1∶6 g/mL、反应温度为60℃和预处理时间为12 h。该条件下纤维素、半纤维素回收率和木质素脱除率分别为94.5%,86.7%和48.1%;在每g葡聚糖加入30 FPU纤维素酶和60 CBUβ-葡萄糖苷酶条件下,酶解24 h后纤维素和半纤维素酶解转化率分别可达83.0%和81.6%。     

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:mL)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.     

甲酸催化玉米芯水解生成木糖的动力学

玉米芯是一种价格低廉、可再生的资源,其可以被用来生产高附加值的化工产品。本文主要研究在甲酸质量分数3%、液固比为10mL/g、反应温度（120～150℃）、反应时间（0～240min）条件下玉米芯中半纤维素水解过程。采用两相模型对玉米芯水解过程中木糖浓度进行拟合并得到反应过程的动力学参数。木糖降解反应的活化能大于其生成反应的活化能,这表明高温不利于木糖的生产。对得到动力学方程进行分析,获得最佳的反应条件：甲酸质量分数3%、液固比10mL/g、反应温度140℃、反应时间180min。最佳反应条件下得到的木糖浓度为26.9 g/L。     

稀硫酸催化水解稻草秸秆半纤维素的研究

对稀硫酸催化水解稻草秸秆半纤维素进行了研究.考察了固液比、稀硫酸质量分数、反应温度、反应时间对半纤维素水解的影响.采用正交实验法,以总还原糖含量为考察指标,对实验结果进行直观和方差分析,探讨稀硫酸催化水解半纤维素的最优反应条件.结果表明,稀硫酸催化水解稻草秸秆半纤维素以固液比(质量体积比)1:10、稀硫酸质量分数25%、反应温度95℃、反应3h为最优条件,在此条件下,10g稻草秸秆粉末水解得到总还原糖2.704g,总还原糖收率达94.9%.     

秸秆中木质素对其超低酸水解过程的影响

以湖北稻草秸秆为研究对象,研究了超低酸水解木质纤维素的适宜条件,测定了适宜条件下的超低酸法水解15种不同种类秸秆的纤维素及半纤维素的转化率、还原糖得率及结晶度的变化。实验结果表明:秸秆投料量3 g、硫酸投料量45 mL(硫酸质量分数0.05%)、搅拌转速500 r/min、反应温度210 ℃、反应时间10 min为适宜的水解条件。对15种不同种类秸秆的水解结果统计得到,随着秸秆中木质素含量的增大,纤维素和半纤维素的转化率都逐渐降低,还原糖得率逐渐降低;通过SEM和X衍射分析水解前后的木质纤维素结构,得到了木质素影响水解过程的方式:1)木质素含量越大,纤维素的结晶度越大,纤维素的非晶化越困难,从而影响了纤维素的水解;2)原木质素不溶于反应体系且在酸性条件下相对稳定,富木质素层的木质素阻碍反应物与产物扩散,使富木质素层内的纤维素、半纤维素水解速率降低;3)木质素含量越高,木质纤维素的富木质素层越厚、强度越大,水解时难以从颗粒表面脱落,进一步降低水解速率。     

水热预处理工艺参数对玉米秸秆组分与酶解效率的影响

采用间歇式水热预处理方法,考察了不同水热预处理温度和处理时间对玉米秸秆主要成分变化的影响以及水热预处理后的纤维素酶解效率。在180～220℃,10～25 min范围内,随温度升高和时间延长预处理后半纤维素移除率和纤维素损失率也随之增大,但木质素质量并未减少反而有所增加。在210℃,25 min时得到最大半纤维素移除率为86.0%。以半纤维素移除率、木质素移除率和纤维素损失率为因变量,处理温度和处理时间为自变量通过多元线性回归分析或二次方程(多元线性回归方程拟合度不佳时)拟合分别获得回归模型。模型显示处理温度和处理时间对三者均具有显著影响。分析敏感性显示处理温度对三种因变量的影响均大于处理时间。经210℃,20 min处理后,纤维素酶解率最高为76.2%,继续提高处理温度和延长处理时间半纤维素移除率提高,但纤维素酶解率下降。     

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。     

Production and in vitro evaluation of xylooligosaccharides generated from corn cobs

Corn cobs are major byproduct of maize processing industries. For value addition of maize byproducts, the present paper aims at extracting xylan from corn cobs and subsequent production of xylooligosaccharides (XOS). Compositional determination of corn cobs revealed 38.78% hemicellulose, 27.71% cellulose and 9.4% lignin. Recovery of xylan increased with increasing concentration of alkali during extraction. The extracted xylan was subjected to acidic hydrolysis to yield XOS. HPLC analysis of hydrolysate revealed increased production of XOS with time, but prolonged incubation resulted in higher amount of xylose. Four probiotic strains were used for undertaking in vitro evaluation of the prebiotic efficacy of XOS. XOS ensured higher growth rate for Enterococcus faecium as compared to other probionts, while fructooligosaccharides (FOS) supported higher proliferation of Lactobacillus viridiscens. This method of xylan extraction and production of XOS offers scope for value addition to the corn byproducts.     

Pretreatment Strategies to Enhance Enzymatic Hydrolysis and Cellulosic Ethanol Production for Biorefinery of Corn Stover

There is a rising interest in bioethanol production from lignocellulose such as corn stover to decrease the need for fossil fuels, but most research mainly focuses on how to improve ethanol yield and pays less attention to the biorefinery of corn stover. To realize the utilization of different components of corn stover in this study, different pretreatment strategies were used to fractionate corn stover while enhancing enzymatic digestibility and cellulosic ethanol production. It was found that the pretreatment process combining dilute acid (DA) and alkaline sodium sulfite (ASS) could effectively fractionate the three main components of corn stover, i.e., cellulose, hemicellulose, and lignin, that xylose recovery reached 93.0%, and that removal rate of lignin was 85.0%. After the joint pretreatment of DA and ASS, the conversion of cellulose at 72 h of enzymatic hydrolysis reached 85.4%, and ethanol concentration reached 48.5 g/L through fed-batch semi-simultaneous saccharification and fermentation (S-SSF) process when the final concentration of substrate was 18% (w/v). Pretreatment with ammonium sulfite resulted in 83.8% of lignin removal, and the conversion of cellulose and ethanol concentration reached 86.6% and 50 g/L after enzymatic hydrolysis of 72 h and fed-batch S-SSF, respectively. The results provided a reference for effectively separating hemicellulose and lignin from corn stover and producing cellulosic ethanol for the biorefinery of corn stover.     

木质纤维生物质半纤维素分子模拟应用研究进展

木质纤维生物质资源是重要的可再生生物质资源,主要包含纤维素、半纤维素和木质素。半纤维素含量仅次于纤维素,是一种丰富、可再生的植物资源,其可水解制备重要化学品以及改性制备多功能材料。本文综述了生物质半纤维素分子模拟应用研究进展,从半纤维素大分子形态及其与纤维素结合方式的分子模拟研究和半纤维素制备化学品及材料的分子模拟研究2个方面进行阐述,从模拟结果可以看出半纤维素在细胞壁中与纤维素和木质素的相互作用及其本身的大分子形态对木质纤维生物质三大素的提取利用具有显著影响。分子模拟有利于理解过程机理,对反应效率的提高具有重要理论指导意义。最后对分子模拟在半纤维素研究的发展应用进行了展望,指出目前半纤维素分子模拟的空白领域,主要包括半纤维素液化生产生物油、木糖异构化生产木酮糖、半纤维素与木质素之间的结合方式以及其他的半纤维素基材料等,这些有待进一步的探索与研究。     

Pretreatment of Corn Stover Using Supercritical CO2 with Water-Ethanol as Co-solvent

Supercritical carbon dioxide, with water-ethanol as co-solvent, was applied to pretreat corn stover to enhance its enzymatic hydrolysis. The efficiency of pretreatment was evaluated by the final reducing sugar yield obtained from the enzymatic hydrolysis of cellulose. Under the operation conditions of pretreatment pressure 15 MPa, temperature 180 ℃ and time 1 h, the optimal sugar yield of 77.8℅ was obtained. Scanning electron microscopy (SEM) and chemical composition analysis were applied to the pretreated corn stover. The results showed that the surface morphology and microscopic structure of pretreated corn stover were greatly changed. After the pretreatment, the contents of hemicellulose and lignin were reduced obviously. Thus more cellulose was exposed, increasing the sugar yield.     

好氧生物预处理时间对玉米秸秆水解酸化的影响

以玉米秸秆为原料,先经复合菌系进行好氧生物预处理,然后接种厌氧污泥进行厌氧发酵,考察了预处理时间对厌氧发酵的影响,并测定木质纤维素结构及含量变化、关键性酶活、微生物多样性和厌氧发酵酸化产量。研究结果表明：随着预处理时间的延长,玉米秸秆的结构逐渐被破坏,木质素过氧化物酶活性逐渐降低,木聚糖酶和纤维素酶活性逐渐升高,最高分别达0.879和0.025 7 U/mg。放线菌、芽孢杆菌和曲霉菌是秸秆好氧生物预处理中的优势菌群。玉米秸秆经好氧生物预处理2 d,厌氧发酵产酸效果最佳,乙醇和挥发性脂肪酸产量为249.3 mg/g,比未处理提高了46.73%;玉米秸秆经好氧生物预处理5 d,乙醇和挥发性脂肪酸产量为138.2 mg/g,比未处理降低了18.66%。过长的玉米秸秆好氧预处理时间会使玉米秸秆中半纤维素、纤维素过度降解,这是造成玉米秸秆厌氧发酵产酸量下降的主要原因。以能源化、资源化为目的的玉米秸秆厌氧发酵预处理时,利用复合菌系好氧生物处理作为其预处理方法,应严格控制预处理时间,避免因为纤维素、半纤维素过度降解导致的产品产率下降问题。