不同脱毒方法对玉米秸秆水解液酒精发酵的影响

利用湿热预处理(195℃,15 min)后的玉米秸秆水解液,考察了3种不同脱毒方法(中和法、饱和生石灰法和Na2SO3法)对水解液中的抑制剂的去除效果,研究了树干毕赤酵母(Pichia stipitis 58376)对脱毒后的水解液酒精发酵情况.结果表明:玉米秸秆水解液经过3种方法脱毒处理后,醛类抑制荆(糠醛和5-羟甲...     

预处理方法对玉米秸秆发酵产氢的影响及其机理分析

研究了不同预处理方法对玉米秸秆发酵产氢气的影响和秸秆降解产氢的机理。实验分别采用酸解(AP)、酸解耦合固态酶解(AEP)、高温蒸煮(HP)和高温蒸煮耦合固态酶解(HEP)的玉米秸秆进行发酵产氢,分析预处理后秸秆累积产氢量与可溶性糖含量的关系。在此基础上,通过秸秆化学组成成分分析、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和X-射线衍射分析,探讨了秸秆降解的机理。结果表明,秸秆的累积产氢量与可溶性糖含量基本正相关,秸秆糖化效率是影响秸秆累积产氢量的主要因素。四种预处理方法主要作用于秸秆半纤维素和纤维素的无定型区,预处理过程皆在不同程度上提高了秸秆的结晶度,并在极大程度上提高了玉米秸秆的累积产氢量。其中AEP方法预处理秸秆效果最好,累积产氢量达到了226.1 m L·(g·TS)-1。     

玉米秸秆暗发酵产氢研究

为了提高秸秆与牛粪混合发酵的产氢量,以牛粪堆肥为混合菌种来源,未经处理的玉米秸秆为唯一底物,采用单因素优化法,对玉米秸秆发酵产氢过程中的一些关键参数进行优化,考察的关键参数有NH4HCO3质量浓度、K2HPO4质量浓度、营养质量液浓度、秸秆质量浓度和发酵初始pH等.结果表明,在37±1℃、转速150 r/min的条件下...     

玉米浆水解液应用于谷氨酸发酵的研究

玉米浆含有丰富的营养物质,对谷氨酸的发酵生产影响较大。实际生产中,由于玉米浆的质量波动较大,谷氨酸发酵生产深受影响。为此,我们在发酵培养基中,添加一定量的玉米浆水解液进行发酵工艺优化实验。实验结果,谷氨酸产酸率达到了18.6 g·L-1,转化率达65.1%,谷氨酸产量提高了20%。发酵培养基组成确定为:淀粉水解糖55 g/L,玉米浆30 m L/L,玉米浆水解液10 g/L,豆粕水解液10 g/L,糖蜜55 g/L,K2HPO44 g/L,Mg SO4·7H2O 1.5 g/L,Mn SO4·7H2O 30 mg/L,Fe SO4·7H2O 30 mg/L,维生素B1350μg/L,维生素H 500μg/L,消泡剂0.1 m L/L。     

玉米秸秆稀酸水解与水解液发酵的实验研究

研究了玉米秸秆的稀酸水解性能,考察了底物浓度、反应温度、反应时间、硫酸浓度和秸秆粒径对水解得率和木糖得率的影响.在硫酸浓度为1.0%、水解温度126℃、水解时间1 h、底物浓度为50～80g/L情况下,玉米秸秆的水解得率为21.7%～24.6%,木糖得率为68.0%-77.1%.所得水解液主要成分为木糖和葡萄糖,经处理后可直接用于微生物的发酵培养.     

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。     

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。     

不同发酵时间对酵母发酵的影响

将酵母菌进行36、72、108h液体发酵后,检测其发酵液中残糖量、酒精含量、总酸和氨基酸态氮含量变化情况,为酵母菌液体发酵最佳时间提供科学依据。结果表明:酵母发酵36、72、108h后,发酵液中残糖量分别为:18.75、10.37、5.42g/L;酒精含量分别为:酒精度分别为2.07%、4.62%、7.93%;产总酸分别为:3.17、5.14、5.11g/L;氨基酸态氮分别为0.46、0.87、0.85g/L。结论:酵母发酵液中各指标含量会随着发酵时间的变化而变化,由此可知酵母菌在不同发酵时间产生的代谢产物量不同。     

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。     

预处理方法对玉米秸秆利用的影响

分别用化学方法(稀硫酸、氢氧化钠、聚乙二醇-4000、曲拉通X-100)和物理方法(液氮超低温处理)对玉米秸秆进行预处理,比较了预处理后木质纤维素酶降解的效果。结果表明:氢氧化钠和液氮超低温处理的降解效率比较好,生成的糖最多。扫描电镜检测证明预处理后的秸秆物理结构发生了较大改变。对预处理后的秸秆进行发酵产沼气能力比较的结果表明,液氮处理后的秸秆产沼气的量最多。     

汽爆玉米秸秆脱毒及发酵丁醇工艺的实验研究

研究了不同脱毒方法对汽爆玉米秸秆发酵产丁醇的影响及发酵工艺。实验共考查了十种不同的脱毒工艺路线,结果表明:汽爆玉米秸秆经水洗预处理脱毒后,经酶解、离心去除沉淀物,并补加营养物质是一条较佳的工艺路线。在此基础上,进一步利用单因素实验和正交实验,考察了发酵温度、pH值、接种量、菌种种龄、培养基组成、发酵时间对丁醇发酵的影响,得到较优的丁醇发酵工艺条件为,发酵温度37℃,pH7.0,接种量7%,菌种种龄27h,培养基组成:酵母抽提物1.0g·L-1、KH2PO40.8g·L-1、MgSO4·7H2O 0.1g·L-1、(NH4)2SO42.0 g·L-1、FeSO4.7H2O 0.03g·L-1、尿素2.0g·L-1,发酵时间48 h。在此优化条件下,发酵液中起始糖浓度为50g·L-1时,丁醇的发酵浓度达到了9.42g·L-1。     

玉米秸秆在乙醇/水混合溶剂中液化制生物油的研究

在间歇式高压反应釜中,在镍基催化剂NiMoS/Al₂O₃催化下研究了反应温度（180~340℃）对乙醇水蒸气重整制氢的影响,并以乙醇/水为混合溶剂,玉米秸秆为原料研究了其在混合溶剂下的直接液化行为。结果表明：在添加NiMoS/Al₂O₃催化剂的条件下,当反应温度提高到320℃时,乙醇水蒸气重整反应发生,伴随着CO、CO₂、CH₄、H₂和C_nH_m的产生,其中H₂产量最高为47 mmol,进一步提高温度至340℃,H₂产量增加到122 mmol。反应温度为340℃条件下,玉米秸秆液化油的收率由未添加催化剂时的21.26%增加到添加催化剂后的29.57%,热值由32.14 MJ/kg提高到33.89 MJ/kg。GC-MS分析得出生物油的主要成分为酚类、酯类和酮类,且添加催化剂后酚类的量下降了23%,有助于提高生物油稳定性。     

绿液预处理玉米秸秆产纤维素酶的研究

研究了绿液预处理玉米秸秆对里氏木霉产纤维素酶的影响。通过正交试验考察3个预处理条件对玉米秸秆产纤维素酶的影响,从极差和方差分析可知,对绿液预处理玉米秸秆产纤维素酶的影响程度由大到小依次是总碱量、蒸煮温度、硫化度,最大滤纸酶活(FPA)达到2.6 IU/mL。比较在蒸煮温度140 ℃和170 ℃,总碱量4 %,硫化度0、20 %、30 % 与40 %下所产的FPA,经综合评定,在最优条件下蒸煮温度140 ℃,总碱量4 %和硫化度0时可以尽量避免原料损失的前提下,保证FPA的大小,结果表明,里氏木霉利用绿液预处理玉米秸秆来产纤维素酶是可行的。以蒸煮温度140 ℃,总碱量4 %和硫化度0的条件下绿液预处理得到的玉米秸秆为碳源,碳源浓度为12 g/L,FPA和β-葡萄糖苷酶活(β-GA)分别达到2.5 IU/mL和1.3 IU/mL,产酶周期5 d。     

Comparison of Ultrasonic and CO(2) Laser Pretreatment Methods on Enzyme Digestibility of Corn Stover

To decrease the cost of bioethanol production, biomass recalcitrance needs to be overcome so that the conversion of biomass to bioethanol becomes more efficient. CO(2) laser irradiation can disrupt the lignocellulosic physical structure and reduce the average size of fiber. Analyses with Fourier transform infrared spectroscopy, specific surface area, and the microstructure of corn stover were used to elucidate the enhancement mechanism of the pretreatment process by CO(2) laser irradiation. The present work demonstrated that the CO(2) laser had potential to enhance the bioconversion efficiency of lignocellulosic waste to renewable bioethanol. The saccharification rate of the CO(2) laser pretreatment was significantly higher than ultrasonic pretreatment, and reached 27.75% which was 1.34-fold of that of ultrasonic pretreatment. The results showed the impact of CO(2) laser pretreatment on corn stover to be more effective than ultrasonic pretreatment.     

Evaluation of Preparation and Detoxification of Hemicellulose Hydrolysate for Improved Xylitol Production from Quinoa Straw

Quinoa straw is rich in hemicellulose, and it could be hydrolyzed into xylose. It is a promising energy resource alternative that acts as a potential low-cost material for producing xylitol. In this study, quinoa straw was used as a substrate subjected to the hydrolysis of dilute sulfuric acid solution. Based on the production of xylose and inhibitors during hydrolysis, the optimal conditions for the hydrolysis of hemicellulose in quinoa straw were determined. Detoxification was performed via activated carbon adsorption. The optimal detoxification conditions were determined on the basis of major inhibitor concentrations in the hydrolysate. When the addition of activated carbon was 3% at 30 °C for 40 min, the removal of formic acid, acetic acid, furfural, and 5-HMF could reach 66.52%, 64.54%, 88.31%, and 89.44%, respectively. In addition to activated carbon adsorption, vacuum evaporation was further conducted to perform two-step detoxification. Subsequently, the detoxified hydrolysate was used for xylitol fermentation. The yield of xylitol reached 0.50 g/g after 96 h of fermentation by Candida tropicalis (CICC 1779). It is 1.2-fold higher than that obtained through the sole vacuum evaporation method. This study validated the feasibility of xylitol production from quinoa straw via a biorefinery process.     

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.     

氯化锌预处理玉米秸秆纤维素

采用新近发展的蒸汽爆破技术对玉米秸秆进行组分结合相分离,再用氯化锌溶液对汽爆后的物料进行纤维素结晶相破坏的预处理方法,运用单因素实验和响应面法获取处理过程中的多因素组合的优化,包括氯化锌质量分数、预处理时间、预处理温度对玉米秸秆纤维素预处理效果的影响,建立并分析了各因素与处理后玉米秸秆纤维素溶解度的数学模型,处理后的物料经X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)分析表明,纤维素致密结构被破坏。最佳预处理工艺条件为:氯化锌质量分数87%、预处理温度139℃、预处理时间49 m in,在该条件预处理后1 g玉米秸秆纤维素溶解度最高达0.762 g。     

玉米秸秆木质素的超临界提取及结构表征

采用超临界CO2/乙醇-水三元体系反应提取玉米秸秆中的木质素,并采用沉淀法对提取液中的木质素进行回收,得到木质素产品.利用气相色谱-质谱联用、红外光谱、紫外光谱分析了提取液成分及提取木质素产品的结构特性.采用热重分析方法对提取木质素的热稳定性进行了研究.结果表明:本试验方法提取的玉米秸秆木质素具有木质素的典型结构.提取木质素主要在180 ～500℃温度范围内分解失重.原木质素在超临界提取反应过程中发生了相当程度的降解,醚键发生了较大程度的断裂,木质素-水化合物复合体发生了不完全降解,提取木质素中含有一定量的碳水化合物.     

玉米秸秆水解及水解液的净化处理

对玉米秸秆水解和水解液的净化处理进行了研究。结果表明,在水解温度为120℃时,半纤维素水解率为93.7%,纤维素水解率为19.7%。温度为160℃时,半纤维素水解率为98.1%,纤维素水解率为73.4%。采用CR系列大孔吸附树脂、阴离子交换树脂和阳离子交换树脂3种混合树脂床对水解液进行净化处理,能除掉水解液中96%的多酚类物质和94%的阳离子以及96%的弱酸根及无机酸根离子。     

玉米秸秆稀硫酸预处理条件的初步研究

初步探讨了利用稀硫酸对玉米秸秆进行水解的影响因素。硫酸浓度、水解温度、水解时间、秸秆粉粒度、灰分含量和固形物含量等对秸秆水解效率有一定影响。在硫酸浓度为1.0%,水解温度120℃,水解时间2 h,秸秆粉粒度20～40目,固形物含量10%的水解条件下,秸秆的水解率为19.2%,还原糖组成主要为木糖和葡萄糖。