木质纤维素稀水解液脱毒研究进展

稀酸水解作为一种广泛使用的木质纤维原料的预处殚方法,已在生产中得到广泛应用,但由于木质纤维素经稀酸水解预处理后,水解液中会产生大量的对发酵有毒的物质如乙酸、糠醛、酚类物质等,从而影响进一步发酵.主要综述了木质纤维素稀酸水解的原理、发酵抑制物的产生及种类、发酵抑制物抑制发酵的原因及发酵液中发酵抑制物的脱毒方法进行了综述,并对脱毒发展前景做了展望.     

茶籽壳酸水解活性炭脱毒发酵生产木糖醇工艺研究

在利用茶籽壳中木质纤维素稀酸水解液发酵生产木糖醇的过程中,水解液须经过脱毒处理,以除去其中抑制菌体生长的有毒物质,本研究采用活性炭对茶籽壳稀酸水解液进行吸附脱毒试验,研究了不同因素对活性炭脱毒的影响,结果表明:在初始p H=2.0,以3%的活性炭添加量,在温度温度为60℃下,脱毒90 min,脱毒率可达67.29%。茶籽壳酸水解液经过石灰中和和活性炭脱毒后,采用酵母菌株直接发酵生产木糖醇。并对发酵条件进行了优化,优化结果为:初始p H为6、接种量为14%、转速200 r/min在温度为30℃下发酵120小时,在该条件下,验证实验以茶籽壳水解液发酵木糖醇产量可达到25.18 g/L。     

纤维素乙醇生产重组酿酒酵母菌株的构建与优化研究进展

寻找化石能源的替代品以及开发和利用生物能源已引起国内外研究者的广泛关注。提高酿酒酵母利用来源广泛、贮存丰富的农林废弃物等木质纤维素原料生产燃料乙醇的效率是生物能源的重要研究内容,但是,重组酿酒酵母木糖发酵性能低是限制纤维素乙醇经济性的关键问题。本文总结了酿酒酵母中木糖代谢途径的构建和优化以及木糖转运对木糖利用的影响,分析了重组酵母利用纤维素水解液进行乙醇发酵的研究现状,并对进一步提高重组酿酒酵母纤维素乙醇生产效率的研究趋势进行了展望。目前国内外已经构建了可有效利用木糖产乙醇的重组酵母,但对其木糖代谢机制的研究还尚未深入,限制了重组菌株的定向改造。此外,目前缺少在纤维素生物质水解液发酵实际应用过程中对重组菌株的评价。因此,加强重组酵母菌株对木糖利用相关代谢调控机理的分析,注重多种抑制物对菌株发酵性能的影响,结合真实底物纤维素乙醇发酵过程进行重组菌株的构建和优化,从而进一步提高纤维素乙醇生产的经济性,是未来菌株构建的重要研究方向。     

微波-酸化汽爆木质纤维素预处理试验研究

为提高木质纤维素预处理的原料利用率及经济效益,提出了微波-酸化汽爆预处理并对其进行了试验研究。以玉米芯为例,对比研究了木质纤维素类原料微波-酸化汽爆预处理和酸化汽爆预处理后水解液中糖的相对比例,分析了残余固形物中纤维素的含量,讨论了微观结构的变化情况,优化了前者的微波处理功率和微波处理时间。试验结果显示,相比酸化汽爆预处理,微波-酸化汽爆预处理后水解液中糖的相对比例更高;在压力不足以使纤维素降解时,残余固形物中纤维素的含量更高;原料微观结构更加疏松多孔,比表面积更大;随着微波处理功率增大和微波处理时间延长,水解液中木糖和总糖的相对比例以及残余固形物中纤维素相对比例均先增大后减小。研究结果为原料利用率更高、成本更低的木质纤维素预处理技术的开发提供了新的思路。     

低共熔溶剂和次氯酸钠组合预处理秸秆及在丁醇发酵中的应用

随着传统化石能源日趋枯竭，木质纤维素生物质等可再生资源的综合利用得到越来越多的关注。为了更好地利用木质纤维素生物质，采用物理、化学或生物方法降低其结构顽抗性是必不可少的步骤。在前期研究中，本文作者所在实验室发现了一种乙胺盐酸盐为氢键受体、乳酸为氢键供体的新型低共熔溶剂（EaCl∶LAC），其对玉米芯有很好的去除半纤维素的作用。本文将EaCl∶LAC用于预处理水稻秸秆，并结合碱性氧化剂NaClO，进一步提高了木质素的去除率。在最优条件下，经EaCl∶LAC/NaClO预处理后水稻秸秆的半纤维素和木质素的去除率分别为94.9％和80.2％。将预处理后水稻稻秆经纤维素酶解可得到总还原糖浓度为60.46g/L的秸秆水解液。采用梭菌Clostridium saccharobutylicum DSM13864利用稻秆水解液进行丁醇发酵，72h后丁醇浓度为10.16g/L，丁醇的糖醇产率为0.22g/g_{total sugar}。本文提供了一种提高木质纤维素生物质酶解效率和水解液还原糖浓度的方法，无需外源添加葡萄糖和脱毒处理，可直接用于发酵合成生物丁醇。     

木质纤维素水解糖制取的研究进展

木质纤维素资源丰富,高效制取可利用的纤维素水解糖是实现其高附加值产品生产的关键,能够促进后续生物基产品的开发和产业化进程。预处理和水解糖化技术将木质纤维素转化为含有单糖的纤维素水解液,利用活性碳和离子交换等方法净化脱毒后的水解液再经浓缩、结晶等步骤最终可获得纤维素水解糖晶体。文章综述了木质纤维素水解糖制取中原料的预处理、水解糖化、净化脱毒和浓缩结晶等关键技术的最新研究进展,并展望了今后的发展趋势。     

纤维素乙醇发酵技术的研究进展

木质纤维素乙醇是保证能源与资源安全的非常有前景的一种产业,发酵技术是木质纤维素乙醇生产工艺的核心,发酵工艺技术的优劣对于木质纤维素乙醇生产的成本与乙醇产率具有重要的影响,决定发酵技术优劣的因素不仅有发酵和糖化的工艺策略,还包括可糖化水解纤维素和半纤维素的微生物。文章对木质纤维素乙醇的发酵技术进行了总结与讨论,主要包括相关的微生物、发酵工艺、水解和发酵策略等方面,对各个不同技术及工艺的定义,优缺点以及发展前景进行了概述。     

木质纤维素微生物转化机理研究进展

木质纤维素是自然界中储量最大的可再生资源物质,由于木质素难以降解,阻碍了木质纤维素物质的生物转化利用,并且是相关工业生产中毒性污染物质的主要来源。自然界中存在的白腐真菌对芳香族化合物具有很强的降解能力,具有完整的木质纤维素降解体系,对这一体系的研究成为实现木质纤维素资源转化利用的关键,木腐微生物的存在,使人类通过廉价手段降解和利用木质纤维素成为可能。研究木腐微生物降解木质纤维素的机制,研究木质素降解酶类不同组分以及和小分子活性物质之间协同作用机理,筛选培育高效降解木质纤维素的菌种和木质素降解酶,为实现工业化转化利用木质纤维素奠定基础。     

木质纤维素预处理技术研究现状与展望

木质纤维素是自然界中最丰富的可再生资源,可用于生产燃料乙醇、生物柴油等能源产品,也是制备化学品和造纸的主要原料。木质纤维素主要由纤维素、半纤维素和木质素组成,复杂的化学结构限制了其高效利用,故必须对其进行预处理,去除木质素、半纤维素等不可溶物质,从而使其更易被酶水解成可发酵的糖,进而提高木质纤维素的降解转化率。预处理技术可以改变木质纤维原料的内部结构和表面性质,为后续的酶解糖化创造良好条件。从物理、化学、生物、联合处理等4个方面全面综述了不同木质纤维素预处理技术的研究现状,总结了其预处理效果和优缺点,并展望了其未来的研究方向,旨在为木质纤维素生物质降解利用研究提供参考。     

木质纤维素预处理与浆料脱毒研究进展

简述了近年来木质纤维素预处理方法,分析了抑制物的形成、影响及脱除策略,对比和总结了物理法、化学法和生物法等三种抑制物的脱毒方法,其中物理法操作简单、成本低,能有效去除乙酸、糠醛等物质,化学法需额外添加化学药品,对呋喃甲醛和酚类物质脱除效果较好,生物法利用微生物或酶对抑制物的降解作用,作用条件温和,但处理时间也相对较长。最后,对如何提高木质纤维素利用效率提出了建议和思路。     

提高酵母乙酸胁迫耐性的方法概述

利用木质纤维素制备燃料乙醇新能源有利于人类社会的可持续发展,具有深远的社会效益和经济效益。预处理是利用木质纤维素类生物质的首要环节,在此过程中会产生一些抑制剂,其中乙酸是最主要的抑制剂之一,对酵母的生长和发酵产乙醇产生抑制作用。目前,可通过紫外诱变、驯化、代谢工程等菌种选育方法以及发酵过程中的控制等方式提高酵母在发酵过程中对乙酸的胁迫耐受性。     

木质纤维素乙醇原料预处理技术的研究进展

近十年来,随着石油价格的上涨以及化石燃料使用对全球变暖的影响,利用木质素纤维素制取燃料乙醇日益成为国内外研究的热点。木质纤维素制取乙醇的主要步骤包括:原料的预处理、纤维素的糖化、发酵、产品分离。木质纤维素的组成包括木质素、半纤维素和纤维素,其中木质素和半纤维素对纤维素的水解具有阻碍作用。因此,在木质纤维素制取乙醇的工艺过程中,原料的预处理是非常关键的步骤,影响整个木质纤维素乙醇的生产过程。文章回顾了木质纤维素原料主要的预处理技术的最新进展,并结合后续的水解与发酵工序,对各种预处理技术的优缺点进行了对比。     

LSM蛋白增强木糖发酵重组酵母抗逆性能的研究

木质纤维素原料预处理过程中产生的弱酸、呋喃醛类和酚类化合物等对酿酒酵母的乙醇发酵有抑制作用,提高基因重组酵母对抑制物的耐受性,是利用植物秸秆水解液生产燃料乙醇的关键技术之一。研究从前期构建的戊糖、己糖共发酵重组酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae ZU-E8基因组DNA中克隆出RNA结合蛋白LSM6,将其连入含有PADH启动子的质粒构成表达载体pR-LSM,进而转入ZU-E8宿主细胞中。通过高浓度醋酸根平板筛选,得到高抗逆性木糖发酵重组酵母ZU-910。在醋酸浓度为2 g·L-1的木糖培养基中发酵96 h后,ZU-910的木糖利用率和乙醇浓度为90.2%和26.9 g·L-1,分别是出发菌株ZU-E8的8.5和10倍,并且ZU-910对糠醛和硫酸根的耐受能力也较ZU-E8大大增强。在玉米秸秆酶解液发酵中,ZU-910的木糖利用率和乙醇产量在ZU-E8基础上增加了10.5%和7.7%.证明LSM6蛋白确实能够增强木糖发酵重组酵母的抗逆能力,提高其发酵性能。该研究成果在木质纤维素替代粮食生产乙醇的产业化进程中具有良好的应用前景。     

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。     

木质纤维素原料生产燃料酒精开发技术研究进展

在分析美国、日本、加拿大等国关于纤维素制取乙醇技术发展的基础上,对木质纤维素原料生产乙醇的预处理及水解为葡萄糖技术和纤维素原料发酵生产酒精生产技术、酒精废糟的处理利用进行了述评与讨论,对木质纤维素原料不同的预处理、水解和发酵方法进行了比较,展望了木质纤维素原料生产燃料酒精的前景.     

竹黄水解及发酵制备木糖醇的研究(摘要)

以竹黄为原材料,利用热带假丝酵母发酵竹黄半纤维素水解液生产木糖醇,对半纤维素水解液的制备工艺以及水解液的脱毒处理、菌种的驯化改良、木糖醇发酵过程的优化等关键技术进行了研究。     

Klebsiella sp.WL1316乙醇脱氢酶基因过表达提高乙醇生产效率

为获得能用于纤维素乙醇高效生产的基因重组菌株,文中针对能利用木质纤维素水解液的Klebsiella sp.WL1316,对其乙醇脱氢酶adh基因进行了克隆和同源过表达。成功构建adh-pET-28a-Klebsiella sp.WL1316重组菌株,通过对菌株发酵稻草水解液生产乙醇过程的监测确定该重组菌适宜的发酵时间为48 h。结果表明：进一步通过单因素和响应面试验获得菌株乙醇发酵生产的优化工艺参数为IPTG诱导浓度0.89 mmol/L,发酵起始pH值7.59,起始还原糖质量浓度60.60 g/L。在此优化工艺条件下进行验证实验,乙醇产量达(8.28±0.55)g/L,与模型的理论预测值较接近,说明建立的模型是切实可行的,并且,该乙醇产量为同等发酵条件下野生菌的2.26倍,说明adh基因的过表达促进了乙醇产量的显著提高。     

固态发酵中纤维素基质降解过程初步研究

利用斜卧青霉(Penicillium decumbens JUA10)对汽爆麦草和淀粉质的混合基质进行固态发酵，通过分析各种成份及酶活力变化，研究了各成份的降解速率，并探讨了纤维素、半纤维素降解与纤维素酶、半纤维素酶酶活力的关系. 纤维素基质固态发酵中木质纤维素的降解过程实际是同步糖化发酵过程，还原糖不会积累形成对纤维素酶、半纤维素酶的反馈抑制；纤维素降解与纤维素酶的酶活性、半纤维素的降解与半纤维素的酶活性不成正比. 木质纤维素的降解难主要是木质纤维素结构造成的. 半纤维素的降解甚至比纤维素降解更慢，淀粉容易降解，木质素几乎不降解.     

利用木质纤维素生产燃料酒精研究进展

木质纤维素的生物化学转化生产燃料酒精是采用较广泛的一种途径,主要包括预处理、糖化、发酵等工艺,预处理是生物转化的关键步骤,影响整个纤维素酒精生产过程.综述了木质纤维素经过生物化学转化和热化学转化生产燃料酒精的研究进展,并对木质纤维紊酒精研究面临的问题及今后的研究方向进行了展望.指出在木质纤维素糖化和发酵工艺方面,需通过多学科的整合,提高糖转化率和酒精的得率,降低生产成本、加速木质纤维素燃料酒精的商业化应用.     

纤维素水解液中抑制剂对纤维二糖利用菌株发酵能力的影响

木质纤维素在预处理的过程中会产生呋喃类、酚类和弱酸类物质,抑制菌株的生长和发酵。研究了典型抑制剂糠醛、苯酚和乙酸对可利用纤维二糖的工程酿酒酵母菌株生长和发酵的影响,考查了分别以纤维二糖和葡萄糖作为单一碳源时菌株对抑制剂的耐受能力。结果发现,糠醛对菌株的纤维二糖和葡萄糖利用能力的抑制作用随糠醛浓度增加而增大。低浓度(≤0.5 g/L)的苯酚对纤维二糖利用有一定的促进作用,高浓度(1.5 g/L)的苯酚会抑制菌株的生长和发酵。乙酸对菌株纤维二糖利用的影响最为显著,可以明显抑制菌株的生长、纤维二糖利用和乙醇生产,而一定浓度(0.5~4.0 g/L)的乙酸会促进葡萄糖的利用。研究中还发现,复合抑制剂对纤维二糖利用菌株的抑制作用强于单一抑制剂。