慈竹机械浆（RMP）氨法预处理工艺研究

研究了在氨水中添加少量KOH或K3PO4预处理慈竹机械浆(RMP)的工艺。考察了预处理条件对酶解还原糖产率的影响。单因素实验得到氨水加KOH最佳预处理条件为:预处理温度120℃、固液比〔即1 g绝干浆加入液体的体积(mL),下同〕1∶6、时间3.5 h、氨水用量70%(即氨水质量占绝干浆质量的百分数,下同)、KOH用量5%(即KOH质量占绝干浆质量的百分数,下同)。在此最佳条件下,慈竹RMP的纤维素保留率为90.66%,半纤维素保留率为92.90%,木质素脱除率为41.05%;在pH=4.8、加酶量20 FPU/g预处理后底物、反应温度50℃的条件下酶解24 h,还原糖产率为23.95%,纤维素转化率为44.61%。虽然氨水加K3 PO4预处理酶解纤维素转化率可达56.95%,但是纤维素保留率仅为74.59%,与氨水加KOH相比,纤维素损失较大。     

NaOH/AQ预处理对玉米秸秆脱木质素及酶解性能的影响

对玉米秸秆进行氢氧化钠/蒽醌（NaOH/AQ）去木质化预处理,考察了预处理温度、时间和NaOH用量对玉米秸秆脱木质素程度的影响,并探讨了脱木质素程度对提高预处理后物料酶解性能的影响。L₉（3⁴）正交试验得出较适宜预处理工艺条件为：温度160℃,时间60 min,NaOH用量（以绝干原料质量计）2.8%;其他条件为AQ用量0.05%,固液比1：5（g：mL）,此时木质素脱除率为75%,酶解后聚糖转化率达到73.79%。随着物料脱木质素程度的提高,其酶解效率相应增加;当木质素脱除率达到一定程度后,预处理后的聚糖转化率达到最大值,继续提高木质素脱除率,聚糖转化率反而降低。响应面优化的酶水解工艺条件为纤维素酶用量30 FPU/g,β-葡萄糖苷酶10 IU/g,反应时间72 h,温度50℃,底物质量分数2.5%,此时还原糖得率为85.62%。对酶解液进行HPLC分析,酶解液中的葡萄糖质量浓度为14.83 g/L,木糖质量浓度为4.83 g/L。XRD分析显示,预处理前后纤维素的晶型没有变化,而结晶度由31.40%提高至46.91%,表明物料中木质素和半纤维素发生了不同程度的溶出。     

提高麦草可酶解性的常压甘油自催化预处理

针对小分子有机溶剂预处理时存在的缺陷,尝试高沸点甘油预处理木质纤维素以提高其可酶解性的研究。通过对预处理时一些关键参数进行初步优化,获得适宜预处理条件为:质量分数70%甘油溶液、液固比(麦草与甘油水溶液的质量比)20、蒸煮温度230℃和保温1 h;麦草纤维素保留率约92%,木质素脱除率达74%;常压甘油自催化预处理麦草在纤维素酶5FPU/g干底物时4,8 h纤维素酶解转化率为41.3%。结合电镜观察和红外光谱分析,初步认为常压甘油自催化预处理通过脱除木质纤维素原料中不利于纤维素酶解的组分及打破其致密不均一结构,从而提高了木质纤维素的可酶解性。     

慈竹机械浆（RMP）氨法预处理工艺研究

研究了在氨水中添加少量KOH或K3PO4预处理慈竹机械浆（RMP）的新工艺。分别采用氨水加KOH和氨水加K3PO4两种方法对原料进行预处理,考察了预处理条件对酶解还原糖产率的影响规律。单因素试验得到氨水加KOH最佳预处理条件为：预处理温度120℃、固液质量体积比1：6g/ mL、时间3.5 h、氨水用量70%(g/g绝干)、KOH用量5%(g/g绝干)。在此最佳条件下,慈竹RMP的纤维素回收率为90.66%、半纤维素回收率为92.90%、木质素去除率为41.05%；在pH4.8、加酶量20FPU/g预处理后底物、反应温度50℃的条件下酶解24 h,还原糖产率为23.95%,纤维素转化率为44.61%。 虽然氨水加K3PO4预处理酶解纤维素转化率可以达到56.95%,但是纤维素回收率仅为74.59%,与氨水加KOH相比,纤维素损失较大。     

醇酸体系分离木质素对酶解性能的影响

为提高生物质纤维素酶解性能,采用乙二醇耦合对甲基苯磺酸(EG-PTSA)法对玉米秸秆进行预处理,考察了温度、对甲基苯磺酸(PTSA)质量分数、反应时间对酶解性能的影响,并通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)对预处理前后的样品进行表征分析。结果表明:在对甲基苯磺酸质量分数2.0%、100℃、60 min下,木质素脱除率为83.2%,纤维素保留率为83.5%;同时,酶解纤维素的葡聚糖产率从23.8%提高至71.4%(5 FPU/g),比原始玉米秸秆的酶解效率(23.8%)高出近3倍。SEM、XRD和FTIR分析表明,玉米秸秆经EG-PTSA预处理后,木质素、半纤维素大量脱除打破了秸秆纤维素致密结构,增加了纤维素酶的可及性,提高了酶解性能,是一种简单、高效且有前景的预处理方法。     

碱-氧-蒽醌蒸煮法制取麦草浆纤维素的酶解

用碱-氧-蒽醌蒸煮麦草所得纤维素为原料,研究了纤维素酶解的影响因素.结果表明:预处理后的麦草纤维素,其木质素含量较低,而酶解率和木质素脱除率均较高,在45～50℃、pH为4.4、底物与酶量之比为1:0.02、反应时间为30h、转速为100r/min时,可获得较理想的酶解率和木质素脱除率,二者分别可达74.5%和19.2%.     

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。     

弱碱性过氧化预处理对稻草秸秆酶解糖化的影响

为了提高稻草秸秆的酶解糖化率,对稻草秸秆弱碱性过氧化预处理条件进行了优化。结果表明:弱碱性过氧化预处理降低了稻草秸秆中木质素的含量,提高了纤维素的含量。最优预处理条件为温度40 ℃,时间24 h,H₂O₂质量分数为2.0 %,在此条件下稻草秸秆的酶解糖化率达到了83.23 %,而在相同酶解条件下,预处理温度30 ℃、时间24 h、 2.0 % NaOH处理后稻草秸秆的酶解糖化率为70.38 %。弱碱性过氧化预处理稻草秸秆的糖化率明显高于碱性预处理稻草秸秆的糖化率。同时试验结果表明,木质素的除去率与H₂O₂质量分数有关。当H₂O₂质量分数大于2.0 %后,H₂O₂对木质素的除去选择性降低,木质素的除去率基本保持不变,却增加了半纤维素的损失。     

玉米芯残渣的碱性亚硫酸盐预处理及其反应动力学模型

玉米芯提取木糖后残留了大量富含纤维素和木质素的废弃物。针对玉米芯残渣(corncob residues,CCR)中木质素含量高和半纤维素含量很低的特点,采用碱性亚硫酸盐法进行预处理。研究了预处理p H、液固比、温度、亚硫酸盐用量等条件对纤维素保留率、木质素去除率、底物酶解效率以及预处理液中木质素磺酸钠含量的影响规律。结果表明,当亚硫酸钠用量为10%(质量)、氢氧化钠为5%(质量)、液固比为6:1、160℃预处理1 h时,可去除86.1%的木质素、保留82.4%的纤维素,底物的72 h酶解率达85.1%[酶载量为5 FPU·(g葡聚糖)-1],预处理液中木质素磺酸钠的收率为31.5 g·(100 g CCR)-1。为了指导放大试验和工程应用,提出了一个能准确预测底物木质素含量的参数——木质素因子(lignin factor,LF),在此基础上成功建立了脱木质素反应动力学经验公式以及底物酶解效率的预测方程,预测值与实测值误差在10%之内。     

麦秆酸解制备还原糖的研究

麦秆用盐酸进行酸解,探究了不同料液比及处理时间酸解后对麦秆酶解制备还原糖的影响。结果表明：随着料液比的增加,麦秆的纤维素和半纤维素的保留率逐渐减少,木质素的脱除率逐渐增加,浸泡时间控制在60 min最佳。在80℃、浓度0.8 mol/L、浸泡60 min、料液比1∶100条件下预处理的麦秆,酶解后溶液中还原糖含量达5.7 g/L。     

木薯酒精渣的预处理及补料同步糖化发酵制取乙醇

木薯酒精渣的处置是制约木薯燃料乙醇大规模产业化的问题之一。本文立足于探索木薯酒精渣利用途径,分析了木薯酒精渣的主要成分,对比了氨水、氢氧化钠、氨水组合稀硫酸3种预处理方式对于木薯酒精渣纤维素和木素含量及纤维素酶水解效率的影响,分析了处理前后木薯酒精渣的表面结构及纤维素结晶度,并以氨水处理后的木薯酒精渣为底物,进行了同步糖化发酵。结果表明,3种预处理方法中组合预处理能更好地增加纤维素含量和提高纤维素酶水解效率,与未处理原料相比,组合预处理后纤维素含量增加了111.26%,木素下降了35.05%,酶水解72h纤维素转化率从42.10%增加到61.71%。氨水预处理后,原料的木素含量降低,处理后木薯酒精渣的表面变得更加粗糙,纤维素结晶度有所增加,以氨水处理后的木薯酒精渣为底物进行分批补料同步糖化发酵,当初始底物浓度为100.0g/L,分别在20h、40h、60h进行补料至最终底物浓度为400.0g/L时,发酵120h乙醇浓度达到51.0g/L。     

氨水浸泡稻草秸秆对纤维素酶解产糖的影响

为了有效提高木质纤维素酶解糖化率,以稻草秸秆为研究对象,采用氨水预处理实验,考察稻草秸秆粉粒度、氨水质量分数、预处理时间、预处理温度、液固比对稻草秸秆酶解糖化的影响。结果表明:稻草秸秆经60目过筛后用14%氨水按液固比9∶1在50℃处理35h,糖化率达61.42%。     

玉米芯残渣的碱性亚硫酸盐预处理及其反应动力学模型

玉米芯提取木糖后残留了大量富含纤维素和木质素的废弃物。针对玉米芯残渣（corncob residues,CCR）中木质素含量高和半纤维素含量很低的特点,采用碱性亚硫酸盐法进行预处理。研究了预处理pH、液固比、温度、亚硫酸盐用量等条件对纤维素保留率、木质素去除率、底物酶解效率以及预处理液中木质素磺酸钠含量的影响规律。结果表明,当亚硫酸钠用量为10%（质量）、氢氧化钠为5%（质量）、液固比为6：1、160℃预处理1 h时,可去除86.1%的木质素、保留82.4%的纤维素,底物的72 h酶解率达85.1%[酶载量为5 FPU·（g葡聚糖）^-1],预处理液中木质素磺酸钠的收率为31.5 g·（100 g CCR）^-1。为了指导放大试验和工程应用,提出了一个能准确预测底物木质素含量的参数--木质素因子（lignin factor,LF）,在此基础上成功建立了脱木质素反应动力学经验公式以及底物酶解效率的预测方程,预测值与实测值误差在10%之内。     

Effect of several factors on peracetic acid pretreatment of sugarcane bagasse for enzymatic hydrolysis

BACKGROUND: Lignocellulose should undergo pretreatment to enhance its enzymatic digestibility before being saccharified. Peracetic acid (PAA) is a strong oxidant that can remove lignin under mild conditions. The sulfuric acid in the PAA solution also can cause degradation of hemicelluloses. The objective of the present work is to investigate the effect of several factors on peracetic acid pretreatment of sugarcane bagasse. RESULTS: It was found that PAA charge, liquid/solid (l/s) ratio, temperature, time, interactions between PAA charge and l/s ratio, temperature and time, all had a very significant effect on the enzymatic conversion ratio of cellulose. The relative optimum condition was obtained as follows: PAA charge 50%, l/s ratio 6:1, temperature 80 °C and time 2 h. More than 80% of the cellulose in bagasse treated under the above conditions was converted to glucose by cellulase of 20 FPU g^?1 cellulose. Compared with H₂SO₄ and NaOH pretreatments under the same mild conditions, PAA pretreatment was the most effective for enhancement of enzymatic digestibility. CONCLUSION: PAA pretreatment could greatly enhance the enzymatic digestibility of sugarcane bagasse by removing hemicelluloses and lignin, but removal of lignin was more helpful. This study can serve as a step to further optimization of PAA pretreatment and understanding the mechanism of enhancement of enzymatic digestibility. Copyright © 2007 Society of Chemical Industry     

蒸煮助剂对低用碱量硫酸盐法预处理毛竹竹屑的影响

毛竹竹屑经10%低用碱量 (以Na₂O计)、20%硫化度、160 ℃下保温1 h预处理,木质素脱除率达到62.35%,预处理物料酶水解48 h葡萄糖和木糖得率分别为56.04%和53.47%。研究了硼氢化钠、三聚磷酸钠、2-蒽醌磺酸钠3种蒸煮助剂对毛竹竹屑10%用碱量硫酸盐预处理的成分以及糖化效果影响,其中2-蒽醌磺酸钠影响最大。在10%用碱量和20%硫化度的预处理液中添加0.15%的2-蒽醌磺酸时,160 ℃下保温1 h的葡聚糖回收率和木质素脱除率分别为94.93%和68.55%,与空白对比分别提高5.45%和9.94%;预处理物料酶解48 h葡萄糖和木糖得率分别为62.88%和58.97%,与空白对比分别提高12.21%和10.29%。     

Ethanol Production from Soybean Fiber,a Co-product of Aqueous Oil Extraction,Using a Soaking in Aqueous Ammonia Pretreatment

The effectiveness of soaking in aqueous ammonia (SAA) as a pretreatment method for the conversion of soybean fiber to ethanol via simultaneous saccharification and fermentation (SSF) was investigated. Insoluble fiber is a co-product from oil and protein extraction using two-stage, countercurrent, enzyme-assisted, aqueous extraction processing of full-fat soybean flakes (FFSF) and extruded FFSF. The fiber fractions were soaked in 15 wt% aqueous ammonia at 1:10 solid-to-liquid ratio. The effects of operating variables, including treatment times (6, 12, and 24 h), treatment temperatures (60 and 80 °C), and cellulase loadings (15 and 60 FPU/g-glucan) on the degree of enzymatic hydrolysis were determined. The best SAA conditions were 80 °C for 12 h followed by an enzyme loading of 15 FPU/g-glucan, which produced a 152-mg/g glucose yield after 48 h of hydrolysis. This was 8.7 times the amount produced from the same fiber not pretreated with SAA. The glucose yield increased to 381 mg/g when fiber obtained from extruded FFSF was submitted to SAA. SAA (80 °C, 12 h) on extruded fiber subjected to SSF increased ethanol yield from 0.06 g of ethanol/g [40% of theoretical yield] (for non SAA pretreated fiber) to 0.25 g of ethanol/g [92% of theoretical yield]. The combination of extrusion and SAA was an efficient means for converting the fiber-rich soybean fraction into ethanol.     

玉米秸秆中不同木质素脱除方法对纤维素酶吸附及酶解效果的比较

利用不同预处理方法获得的玉米秸秆底物研究木质素脱除对纤维素酶吸附量及酶解效率的影响。相比于其他处理方法,2%(质量分数)NaOH处理的底物具有最高的木质素脱除率(85%),最高的底物可及性[4.7 mg·(g 葡聚糖) ^-1]及酶解效率(18.9%)。通过对不同处理获得的底物进行Langmuir吸附等温曲线模拟,获得了最大吸附量(W_max)与吸附平衡常数(K),且木质纤维素酶水解效率与纤维素酶吸附量具有很好的线性关系(R²>0.8),表明脱除木质素能很好地提高底物可及性与酶解效率。然而,提高NaOH浓度(3%,4%)进一步脱除木质素时,底物可及性与碳水化合物转化为单糖的效率反而明显下降。因此,适当脱除木质素而提高底物对纤维素酶的可及性将有助于获得更有效的酶水解效果。     

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。