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.     

NaOH-Fenton试剂预处理桑木的纤维素酶分段酶水解研究

采用分段酶水解木质纤维原料的方法,以NaOH-Fenton试剂预处理桑木为原料,通过在反应过程中及时移除葡萄糖和纤维二糖,减轻产物的抑制作用,最终达到提高酶水解得率和缩短酶解反应时间的目的。实验结果表明：纤维素酶用量为15FPIU/g（以纤维素计,下同）时,在三段（8+8+8h）水解过程中,经第一段水解,纤维素酶反应速率从1.25g/（L·h）提高到2.21g/（L·h）,第二段水解后,酶反应速率为1.54g/（L·h）,比未分段水解的酶反应速率提高了73%;当纤维素酶用量为40FPIU/g时,三段（8+8+8h）水解得率增至88.08%;三段（8+8+8h）水解充分利用了酶解残渣上的结合酶进行后续水解。对纤维素酶在预处理桑木上的吸附情况进行研究,发现桑木经NaOH-Fenton试剂预处理后,对纤维素酶的最大吸附量为8.08mg/g,预处理增加了纤维素酶与桑木间的吸附位点。     

废纸脱墨浆预处理及其酶解性能研究

以预处理后的废纸脱墨浆为底物,纤维素酶和纤维二糖酶为水解酶,研究了不同预处理方法（包括Na₂SO₃、H₂O₂、HCl）对酶解得率的影响。结果表明：与原料相比,3种预处理方法都不同程度地提高了纤维素含量,增加底物的比表面积,降低纤维素的结晶度,促进酶水解;其中,H₂O₂预处理后的废纸脱墨浆的酶解得率最高,为91.67%,其次是亚硫酸钠预处理和盐酸预处理,得率分别为87.57%和82.49%。     

玉米芯的2步法预处理及其酶解条件优化研究

生物燃料将成为主要新能源之一,以玉米芯为原料,碱氧和稀酸为处理剂对其进行2步法预处理,使原料中纤维素相对含量增加,以提供转化乙醇的纤维素原料。采用扫描电镜表征2步法预处理玉米芯,其表面形成疏松、沟纹和孔洞形态,这有利于酶解。采用瑞氏木霉生产的纤维素酶水解该预处理玉米芯,利用正交实验得到酶水解优化条件为,酶用量75 FPU g 1,底物质量浓度60 g L 1,pH值4.8,反应温度50℃,还原糖得率可达69.3%。为提高纤维素酶中β-葡聚糖酶的酶活效率,并减少产物葡萄糖对β-葡聚糖酶的抑制作用,进一步优化β-葡聚糖酶加量。结果表明,当β-葡聚糖酶加量达6.5 CBU时,还原糖得率显著提高到78.2%。这表明该预处理玉米芯是有效降解的玉米芯原料,适于提高还原糖得率。     

两种木质素对纤维素酶水解的影响机制

为探究木质素对纤维素酶水解效率的影响,将苦竹中提取的乙醇木质素（EOL-B）和磨木木质素（MWL-B）作为模型物添加到微晶纤维素中进行酶吸附和水解。结果表明：添加8 g/L MWL-B使得反应72 h的葡萄糖得率从51.34%降低到46.06%;添加8 g/L EOL-B使得反应72 h葡萄糖得率从51.34%增加到61.06%。与MWL-B相比,EOL-B与纤维素酶蛋白之间亲和力和结合力较低,故纤维素酶在EOL-B上的非特异吸附更少。FT-IR和¹³C NMR分析表明：经乙醇处理后,木质素分子中C-C凝缩单元减少,β-O-4'键断裂,导致木质素分子的亲水性增加,阻断了与纤维素酶蛋白疏水性氨基酸的结合,对纤维素酶蛋白吸附量减少,从而使得纤维底物周围的酶蛋白浓度增加,水解率提高。     

枯草芽孢杆菌发酵甘草渣产2,3-丁二醇和乙偶姻的初步研究

甘草渣是甘草提取完活性成分后的剩余物，富含木质纤维素。以甘草渣为研究对象，以2种稀碱（Na2CO3水溶液和NaOH水溶液）以及稀碱（Na2CO3水溶液或NaOH水溶液）和醋酸乙醇胺离子液体混合液为溶剂对甘草渣进行预处理，研究不同碱浓度和预处理温度对甘草渣组成及酶解效果的影响。结果表明，质量分数2%的NaOH水溶液在固液比（w/v）1:10（即每克甘草渣加入10毫升溶剂）、100 ℃条件下预处理甘草渣1.5 h，木质素去除率达54.1%、纤维素回收率为77.2%；样品酶解24 h，葡萄糖得率可达53.5%，较预处理前甘草渣（10.6%）提高了4.0倍。最后，对预处理后的甘草渣进行高固酶解，在固液比3:10、酶用量45 FPU/g生物质条件下酶解72 h，葡萄糖产量达到86.2 g/L、木糖18.9 g/L。以此酶解液为碳源进行发酵，96 h后发酵液中2,3-丁二醇和乙偶姻总产量为43.9 g/L，还原糖转化率为0.42 g/g；与对照组相比，酶解液更有利于菌体生长，生产强度提高，但转化率略低。     

两段碳酸钠―氧预处理提高麦草酶水解糖化性能的研究

探讨了不同Na2CO3用量下两段碳酸钠―氧(Na2CO3-O2)预处理对麦草化学成分及酶水解效率的影响。Na2CO3-O2预处理麦草浆料得率随Na2CO3用量增大而下降,木质素脱除率随之增加。预处理后废液的pH值约为9,可有效避免碳水化合物的碱性水解和二次剥皮反应,保持较高的预处理浆料得率。预处理后浆料经过由纤维素酶、木聚糖酶和β-纤维二糖酶组合而成的混合酶水解,当预处理Na2CO3用量(以Na2O计)从12%增至18%时,预处理浆料总糖得率的增加较为显著。经20 PFU/g纤维素酶水解48 h后,总用碱量为18%的两段Na2CO3-O2预处理浆料的酶水解总糖得率为40.8%,总糖转化率为67.0%。     

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)。     

碱性臭氧预处理对稻草秸秆酶水解的影响

以稻草秸秆为原料经碱性臭氧预处理后进行酶水解,研究了处理前后稻草秸秆半纤维素、纤维素、木质素含量的变化,通过测定酶水解还原糖含量来判断预处理的效果。结果表明,碱性臭氧预处理与碱预处理相比,在稻草秸秆木质素含量与降解上没有什么差异,但酶水解糖化效果更优。经O3/2%NaOH预处理过的稻草秸秆,在pH值5.0、酶用量31.2mg.（g底物）-1、45℃条件下酶水解120h时,还原糖含量达到了902mg.（g稻草秸秆）-1,糖化率达到了92.57%。     

甘露聚糖酶促进纤维素酶水解转化马尾松聚糖至可发酵单糖

由于形态结构和化学组成等原因,针叶材原料利用纤维素酶水解法转化聚糖至可发酵单糖一直存在着难水解、总糖转化率低的问题。采用硫酸盐(KP)蒸煮联合氧脱木素和机械打浆对马尾松木片进行预处理,基于针叶材原料中含有较多的甘露聚糖的特点,研究在纤维素酶水解预处理后的浆料过程中添加甘露聚糖酶对酶解效率的影响。研究结果显示,添加甘露聚糖酶对纤维素酶水解具有促进作用,其作用效果因原料预处理方法和程度的不同而不同。KP蒸煮后再经氧脱木素或打浆处理,则甘露聚糖酶对纤维素酶水解的促进作用比单独KP蒸煮效果更加明显。当KP蒸煮至样品木素含量相对于原料为4.1%时,再对原料进行氧脱木素,将木素含量降至相对于原料为1.9%时,分别用10 FPU/g和15FPU/g的复合纤维素酶CTec2对预处理后的样品进行酶解,酶解总糖得率分别为66.0%和83.6%;添加5U/g甘露聚糖酶,上述样品酶解总糖得率分别提高至70.6%和89.2%;相对于原料中聚糖含量,上述条件下酶解总糖转化率分别为53.9%和68.1%。纤维素酶水解至3小时左右再添加甘露聚糖酶,其促进纤维素酶水解效果更好。     

过氧甲酸预处理对甘蔗渣酶解和发酵的影响

以甘蔗渣(SCB)为原料,经过氧甲酸(PAP)预处理后加入酶进行水解,并以水解液发酵产乙醇,考察预处理时过氧化氢(HPP)浓度变化对甘蔗渣酶解和乙醇得率的影响。实验结果表明：在甘蔗渣PAP预处理过程中,HPP与甲酸(FAP)体积比为1∶1时,预处理甘蔗渣(PAP-SCB-1)的木质素脱除率达84.30%;在纤维素酶用量为10 FPIU/g(以预处理后的甘蔗渣质量计)时,PAP-SCB-1水解72 h葡萄糖得率为98.71%,较单独过氧化氢预处理甘蔗渣(HPP-SCB,葡萄糖得率9.11%)和单独甲酸预处理甘蔗渣(FAP-SCB,葡萄糖得率7.06%),分别提高了9.84和12.98倍;PAP-SCB-1水解液经24 h发酵后,乙醇得率为84.06%,比HPP-SCB(76.20%)和FAP-SCB(75.15%)均有增加。对预处理前后物料的化学成分变化、比表面积和结晶度进行测定,结果显示：经PAP预处理后可以显著脱除甘蔗渣中的木质素,木质素的量由未经预处理的21.27%降低到10%以下;比表面积和结晶度都有提高,PAP-SCB-1的比表面积和结晶度分别为13.01 m²     

水热预处理竹子促进酶解的效果及其影响因素

采用间歇式水热预处理装置,研究了水热预处理用于竹子的酶解规律,探讨了不同温度、处理时间、纤维素酶添加量及原料种类对促进竹子酶解的效果及其影响。结果表明水热预处理能显著提升竹子的酶解率,在优化条件190℃、10 min水热预处理,添加15 FPU·(g葡聚糖)^-1纤维素酶,72 h葡聚糖与木聚糖酶解率分别为74.3%、54.0%,提高到原来的3.5倍和4.7倍。过高的预处理温度与过长的预处理时间都将导致木糖大量降解和部分葡萄糖降解,使单糖总量下降。纤维素酶的添加量从15 FPU·(g 葡聚糖)^-1提高到60 FPU·(g 葡聚糖)^-1,可使未作预处理和水热预处理竹子的总糖回收率分别提高21.5%和9.9%,其促进酶解的作用远低于预处理的效果,通过预处理增大酶的可及性是提高酶解率的关键。水热预处理对于生物质原料具有选择性,不同的竹子原料具有显著不同的效果。     

麸皮对里氏木霉Rut C-30产纤维素酶的促进作用

本研究尝试通过里氏木霉RutC-30添加适量的麸皮以及利用实验设计软件Design-Expert寻找适宜的麸皮与微晶纤维素的配比来研究麸皮对里氏木霉RutC-30产纤维素酶的影响。结果表明,适当的麸皮添加量能够促进纤维素酶的生产：通过二元二次正交旋转组合设计,确定了微晶纤维素添加量和麸皮添加量分别为12．23和23．50g/L的优化产酶条件：此奈件下,在250mL摇瓶中滤纸酶活达到6．383FPIU／mL,得率系数为521．913FPIU／g;在7．5L发酵罐中,滤纸酶活为6．807FPIU／mL,得率系数为556．582FPIU／g。相比于优化前,优化后摇瓶实验和发酵罐实验中滤纸酶活分别提高了14．247％和17．403％,而纤维素酶的得率系数却分别降低了6．584％和4．005％。分别以酸解杨木残渣和蒸汽爆破杨木浆替代微晶纤维素作为碳源,最终获得最高滤纸酶活1．953FPIU／mL和1．745FPIU／mL。     

An approach to optimization of enzymatic hydrolysis from sugarcane bagasse based on organosolv pretreatment

BACKGROUND: The organosolv pretreatment followed by enzymatic hydrolysis of the pretreated material and subsequent fermentation of the hydrolysate produced, was the strategy used for ethanol production from sugarcane bagasse. The effect of different operational variables affecting the pretreatment (the catalyst type and its concentration, and the pretreatment time) and enzymatic hydrolysis stage (substrate concentration, cellulase loading, addition of xylanase and Tween 20, and the cellulase/β‐glucosidase ratio), were investigated. RESULTS: The best values of glucose concentration (28.8 g L^?1) and yield (25.1 g per 100 g dry matter) were obtained when the material was pretreated with 1.25% (w/w) H₂SO₄ for 60 min, and subsequently hydrolyzed using 10% (w/v) substrate concentration in a reaction medium supplemented with xylanase (300 UI g^?1) and Tween 20 (2.5% w/w). Fermentation of the broth obtained under these optimum conditions by Saccharomyces cerevisiae resulted in an ethanol yield of 92.8% based on the theoretical yield, after 24 h. CONCLUSION: Organosolv pretreatment of sugarcane bagasse under soft conditions, and subsequent enzymatic hydrolysis of the pretreated material with a cellulolytic system supplemented with xylanase and Tween 20, is a suitable procedure to obtain a glucose rich hydrolysate efficiently fermentable to ethanol by Sacharomyces cerevisiae yeasts. Copyright © 2010 Society of Chemical Industry     

玉米秸秆蒸爆渣的氨基酸辅助纤维素酶水解

以商品纤维素酶C2730酶解玉米秸秆蒸汽爆破渣,研究了不同氨基酸、氨基酸浓度、温度对水洗蒸汽爆破渣纤维素酶水解的影响,优化纤维素酶水解条件,提高纤维素酶水解得率。实验结果表明,纤维素酶水解蒸汽爆破渣的优化氨基酸为苯丙氨酸,优化水解条件为每克纤维素酶用量15FPIU,苯丙氨酸质量浓度为1.5 g/L,温度为50℃,水解时间为48 h,还原糖和葡萄糖得率分别为51.38%和36.78%。     

碱预处理糠醛渣性质及其纤维素酶解研究

以糠醛渣为原料进行碱法预处理,对比了处理前后的样品成分、结晶度、表面特性、红外谱图的变化以及对纤维素酶解的影响。研究结果表明:经NaOH处理样品,木质素脱除量随着温度升高而增加,120 ℃ 处理后的样品木质素脱除了 10.22 %,而碱性过氧化氢处理样品木质素脱除率达到 12.6 %。NaOH预处理后的样品酶解糖化率随处理温度的升高而降低。每克纤维素加入纤维素酶 12 FPU、纤维二糖酶 15 IU,120 ℃ 经NaOH预处理样品,酶解 72 h 后糖化率为38.6%,比原料糠醛渣低21.0个百分点,而经 60 ℃,6 h 碱性过氧化氢处理后的样品,酶解 72 h 糖化率可达到 86.6 %,比原料糠醛渣高27.0个百分点。NaOH预处理后样品红外谱图检测,证明生成了新的醚键。碱法预处理后的样品结晶度要比未处理的样品的稍高,且表面更加光滑。