超声波辅助碱法预处理提高蔗渣酶解糖化活性的研究

采用超声波对蔗渣碱预处理过程进行强化,研究其对蔗渣酶解糖化活性的影响,并通过成分分析、FTIR、XRD、SEM对比了处理前后蔗渣组成、形态结构和结晶性能的变化情况,探讨了超声波强化作用的机理.研究结果表明,采用超声波辅助处理可使碱预处理温度明显降低,蔗渣酶解糖化活性明显提高,酶解总糖产率比单一碱处理提高了59.6%.蔗渣成分分析表明,采用超声波可以去除更多的木质素;FTIR及XRD分析表明,超声波的强化作用使处理后的蔗渣结构发生了变化,其分子问氢键作用变弱、结品度有所降低;SEM分析表明,经超声波处理后的蔗渣纤维表面结构发生了更明显的变化,表面出现凹坑、裂纹和小孔,结构变得松散.     

碱液预处理对柠条锦鸡儿茎理化结构及酶解的影响

为了解析碱液预处理对柠条锦鸡儿茎理化结构及酶解的影响,实现柠条锦鸡儿的高值化利用,文章比较了柠条锦鸡儿叶和不同径级茎的可消化性,并分析了NH3·H2O,Ca(OH)2和NaOH预处理对柠条锦鸡儿茎的化学组分、化学基团、结晶度、孔径分布和酶解还原糖得率的影响。研究结果表明：柠条锦鸡儿叶和细茎（直径<0.5 cm）是优良的饲用原料;碱液预处理能够降解柠条锦鸡儿茎中的半纤维素和中性洗涤物,能够断裂木质素与半纤维素间的酯键以及木质素间的醚键;随着化学结构的改变,柠条锦鸡儿茎的致密结构被破坏,孔隙率增大,纤维素结晶区暴露;与对照组相比,NH3·H2O,Ca(OH)2和NaOH预处理后的酶解还原糖得率分别提高了66.68%,17.91%,93.12%。碱液预处理能有效改变柠条锦鸡儿茎的理化结构,提高酶解还原糖得率,是柠条锦鸡儿等荒漠灌木的理想预处理方式。     

CaO/MgO复合固体碱预处理杂交狼尾草提高酶解率

以杂交狼尾草为原料,采用CaO/MgO复合固体碱为催化剂,通过水相环境下高温处理,研究反应条件对狼尾草酶解效率及总糖收率的影响。研究结果表明:在催化剂含量20%,温度110℃,时间80min,固液比1∶20的条件下预处理狼尾草,木质素去除率高达54.18%。加酶量为40FPU/g,酶解72h,葡聚糖收率从未处理时的41.23%增大到81.04%;CaO/MgO固体碱预处理可破坏杂交狼尾草原本的致密结构,暴露更多的纤维素,破坏纤维素中的分子内和分子间的化学基团。CaO/MgO固体碱循环使用4次后无明显失活。     

不同预处理对玉米芯酶解特性和形态结构的影响研究

研究了硫酸、氢氧化钠、双氧水和碱性双氧水预处理玉米芯对其纤维素酶解率的影响,并利用扫描电镜、红外光谱仪和X射线衍射仪分析处理前后的玉米芯显微结构、官能团和结晶性。结果表明,4种预处理方法对玉米芯结构都有不同程度的破坏,能够有效提高玉米芯的酶解产糖率;其中含有1.5%氢氧化钠的碱性双氧水预处理玉米芯,酶解率最高为46.08%,玉米芯质量损失率为29.84%;预处理后木质素特征峰基本消失,玉米芯的结晶指数和结晶度显著提高,分别为1.527和49.35%。     

蒸汽爆破预处理玉米芯及其酶解工艺研究

以蒸汽爆破预处理后的玉米芯为原料,进行了玉米芯酶解工艺条件的研究。粉碎后的玉米芯在压力2.8 MPa、保压时间240 s条件下蒸汽爆破预处理,在初始固形物含量为14%(w/v),pH 5.0的条件下,分别添加纤维素酶15 FPA/g(底物)、木聚糖酶225 IU/g(底物),同时添加环境因子MgSO40.005 g/g(底物)、Tween-800.001 g/g(底物),糖化48 h后,还原糖浓度达到71.81 g/L,糖化率达到80.85%。试验结果表明,蒸汽爆破预处理及添加适量环境因子对玉米芯的糖化效果影响显著。     

高温水热预处理对木质纤维素及其酶解的影响研究进展

木质素是木质纤维素的重要组成成分之一,能抑制木质纤维素的酶解,会在木质纤维素高温水热预处理过程中发生降解、重组等反应。假木质素是木质素的结构类似物,是木质纤维素在高温水热预处理过程中由碳水化合物经降解、氧化和聚合等复杂反应而形成。木质素和假木质素都能够抑制纤维素酶活性,降低木质纤维素的酶解转化率。文章综述了高温水热预处理过程中木质素的结构变化及假木质素的生成机理,探讨了降低木质素和假木质素对纤维素酶解影响以及减少假木质素生成的途径,为提高木质纤维素酶解转化率,促进工业化应用提供了参考。     

卧式酶解罐用于预处理玉米秸秆水解研究

利用卧式滚筒酶解罐、立式搅拌酶解罐和卧式搅拌酶解罐分别对预处理玉米秸秆(PCS)进行水解研究,分析了酶解过程中p H、密度、总固体(TS)含量、纤维素含量(TC)、不可溶性总固体含量(FIS)、葡萄糖含量和木糖含量的变化趋势。卧式滚筒酶解罐用于TS含量较高的PCS酶解时,反应物容易粘附在反应桶内壁,不利于酶解有效地进行,138 h水解产生的葡萄糖含量为8.6%,低于立式搅拌酶解罐120 h水解产生的葡萄糖含量11.4%。而卧式搅拌酶解罐用于TS含量(25%)较高的PCS酶解时,120 h水解产生的葡萄糖含量为7.43%,比相同TS含量的立式搅拌酶解罐中葡萄糖含量高出0.26%。研究表明,3种酶解罐中,卧式搅拌罐更适合用于PCS的酶解。采用卧式搅拌酶解与同步糖化发酵耦合过程,TS含量为25%条件下,发酵液中乙醇含量可达到3.58%,纤维素水解率为76.8%。     

竹材碱性过氧化氢预处理及其酶水解性能研究

采用碱性过氧化氢（AHP）体系对慈竹进行预处理,研究过氧化氢（H₂O₂）用量对竹材化学组分及酶水解得率的影响。利用X射线衍射（XRD）和傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）分析预处理前后物料的物理和化学结构变化,采用二维核磁共振技术研究预处理物料中剩余木质素的化学结构。结果表明：AHP预处理过程中,随着H₂O₂用量（质量分数）的增加,竹材的葡聚糖含量（相对质量百分比）先增加后减少,木聚糖含量基本不变,而木质素含量整体呈减少趋势。AHP预处理能显著提升竹材的酶解效率,在纤维素酶用量为15 FPU/g葡聚糖,H₂O₂用量为7.0%时,预处理竹材的酶水解性能最高,葡聚糖和木聚糖酶水解得率分别为93.9%和100%。研究发现,慈竹木质素脱除率在H₂O₂用量达到2.0%后趋于稳定,为68.8%,继续增加H₂O₂用量,木质素脱除率无明显提升,对预处理竹材中剩余木质素进行2D-HSQC核磁分析,这部分难以脱除的木质素的化学结构为：64%的S单元、33.7%的G单元和61.6%的β——O——4键,其中S/G值为1.90。     

蒸汽爆破预处理中影响酶解效果因素的研究

为提高秸秆蒸汽爆破预处理制乙醇的酶解率及经济效益,研究了蒸汽爆破预处理过程中影响酶解效果的物料温度、喷爆出口直径、汽爆次数等因素,以寻找提高酶解效率的方法。试验结果显示,物料温度对酶解效果有显著影响,在不破坏纤维素结构且不产生酶解抑制物的前提下,温度越高越有利于水解;在不致堵塞喷爆口的前提下,喷爆出口直径越小酶解效果越好;汽爆次数对于酶解物料预处理效果有着显著的积极影响。     

机械活化预处理对蔗渣酶解产糖影响的研究

采用机械活化方法对蔗渣进行预处理,研究其对蔗渣酶解产糖的影响。用红外光谱、X-射线衍射和扫描电镜测定预处理前后蔗渣结构及表面形态的变化,并分析其作用机理。研究结果表明,机械活化用于蔗渣预处理,可明显提高预处理后蔗渣的酶解产糖率。酶解时间为48 h时,蔗渣酶解产糖率从未处理时的19.86%提高到59.34%。蔗渣酶解产糖率的提高是由于机械活化处理使得蔗渣纤维素分子间部分氢键发生断裂、结晶度下降、表面有序结构被破坏的所致。     

碳基固体酸预处理结合酶解糖化玉米芯的研究

以自合成的木质素磺酸钠基固体酸（Sl-C-S-H₂O₂）为催化剂,并耦合纤维素酶实现玉米芯的两步水解建立糖平台。考察预处理条件对木糖收率的影响,最高木糖收率可达83.4％;在国产纤维素酶的作用下,48 h葡萄糖收率即可达92.6%,两步反应的总还原糖收率达88.1%。     

微波辅助NaOH预处理提高油菜秸秆酶解效率的研究

为提高油菜秸秆的酶解效率,试验借助于常压微波加热技术辅助NaOH预处理,并对处理条件进行了优化。结果表明,与未处理比较,经微波预处理的油菜秸秆致密结构明显破坏,利于被纤维素酶水解。微波辅助预处理的最优化条件:微波功率600 W,时间5 min,NaOH 0.1 mol/L,温度80℃,经预处理后的油菜秸秆酶解率可达28.09%,较未处理前增加2.75倍,显著提高了酶解效果。     

预处理过的稻草在两种不同溶液中酶解性能的比较

为降低生物质能源生产成本,采用去离子水作为酶解溶液。将分别经过0.75%稀硫酸、2%氢氧化钠和800 kGyγ辐照预处理过的稻草在去离子水中进行酶解糖化,然后分别与在缓冲液中对应预处理过的稻草的酶解性能进行比较。结果表明,在缓冲液中,氢氧化钠预处理过的稻草能正常酶解,酶解120 h后纤维素转化率能达到约95%,木聚糖转化率超过70%;在去离子水中,经该方法预处理过的稻草酶解受到强烈抑制;辐照预处理过的稻草和稀硫酸预处理过的稻草在去离子水中和缓冲液中的酶解性能基本一致,酶解120 h后,辐照预处理过的稻草的纤维素转化率约为79%,木聚糖转化率约为50%;硫酸预处理过的稻草的纤维素转化率约为85%,木聚糖转化率约为75%。     

爆炸冲击波联合碱预处理提高玉米秸秆糖化率的研究

采用爆炸冲击波联合碱处理的方法来提高玉米秸秆的酶解糖化效率。选择爆炸初始压力、碱用量和碱处理温度及时间等主要影响因素,进行单因素和正交试验以获得最优的处理工艺条件。预处理后的秸秆中分别加入2 mg/g（酶/秸秆）的纤维素酶和半纤维素酶,进行酶水解反应5 d,采用高效液相色谱（HPLC）测定其中葡萄糖和木糖浓度从而计算糖化率。结果表明,对糖化率影响程度从大到小依次为碱处理温度、碱用量、碱处理时间和爆炸初始压力。当采用最优实验条件：初始压力550 kPa、碱浓度为8% NaOH、碱处理温度为100 ℃、碱处理时间为60 min,玉米秸秆糖化率可达0.643。爆炸冲击波-碱联合处理玉米秸秆比单纯使用碱处理时,糖化率可提高8%~12%。     

氨化水饱和预处理麦秸厌氧消化产气性能的研究

试验以氨水为预处理试剂,研究在水饱和状态下,氨水添加量及负荷率对麦秸厌氧消化产气性能的影响。对氨化预处理前后麦秸的主要组分进行测定,采用傅立叶变换红外光谱(FTIR)对氨化水饱和预处理秸秆及秸秆中木素、纤维素和半纤维素的结构变化进行研究。结果表明,在3种负荷率下,氨化水饱和预处理后麦秸单位质量VS产气量分别提高了14%~23%,26%~36%和31%~45%。4%氨化预处理后的麦秸在65 g/L负荷率下获得最大377 mL/g的生物气产量。组分分析表明,氨化水饱和预处理可有效脱除39%~42%的半纤维素及11%~20%的纤维素,对木素含量影响较小。结构分析表明,氨化水饱和预处理可脱除细胞壁中的蜡质成分,使木素中部分官能团、纤维素中的氢键和糖苷键、半纤维素的部分氢键和糖单元之间的连接键发生断裂;从而使纤维素从木素的包裹中释放出来并发生溶胀,破坏其晶体结构;使半纤维素亲水性增强且更易于降解。这些秸秆内部结构的变化是提高麦秸厌氧消化产气性能的根本原因。     

高温液相水耦合湿磨预处理酶水解玉米秸秆的研究

以酶水解玉米秸秆获得高葡萄糖收率为目标,通过实验研究高温液相水耦合湿法打磨预处理技术对葡萄糖产率的影响。研究结果表明:将200℃,40 min条件下高温液相水预处理的玉米秸秆再湿磨预处理,经15 FPU/g的纤维素酶水解得到的葡萄糖收率高达83.1%。同时,以5 FPU/g的纤维素酶处理时湿磨效果更为明显,葡萄糖收率由湿磨前的58.4%上升至湿磨后的70.7%。     

机械粉碎对高粱秆微观结构及酶解效果的影响

采用扫描电镜(SEM)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)和X射线衍射以及酶水解实验对不同粒径范围(300～450μm、125～150μm、97～105μm和330～420nm)的高粱秆进行分析。结果表明:随着粉碎程度增大,高粱秆中纤维素与酶有效接触点增多,但由于团聚现象发生,导致酶有效接触点增多并不与粒度减小成线性关系;粉碎还导致高粱秆结晶度降低,结品度从粒径范围300～450μm时的0.6105降低到330～420nm时的0.2397,并对结晶区晶型结构和高粱秆物质结构有影响,但是对高粱秆成分没有影响。这些都导致在后续的酶解糖化实验中还原糖浓度随酶解时间和粉碎程度的增大而增大,其中粒径范围330～420nm的高粱秆在酶解180h时仍保持较大的酶解转化率。