甘蔗渣的酸催化常压甘油有机溶剂预处理及其酶解

预处理可以打破木质纤维素原料纤维素、半纤维素和木质素三大组分间的顽抗结构,从而提升纤维素基质可酶解性。本文针对目前常压甘油有机溶剂预处理花费时间过长的问题,尝试开展酸催化的常压甘油有机溶剂预处理研究以缩短预处理时间。实验通过单因素选择和响应面Box-Behnken设计优化,获得酸催化常压甘油有机溶剂预处理的最佳条件为：预处理温度245℃,预处理时间38min,硫酸添加质量0.1%。在此条件下获得基质48h酶解率的响应面预测值为94.0%,实际值为91.4%。结果表明响应面优化方案和回归模型适用于本实验,预处理显著提高了基质可酶解性。高浓度基质（15%～20%）酶解进一步证明了预处理后基质具有突出的可酶解性,20%浓度基质在酶载量5FPU/g干基质条件下批次酶解72h,酶解率达60%,葡萄糖浓度达83.4g/L。酸催化常压甘油有机溶剂酸预处理在明显缩短预处理时间的同时,能显著提高木质纤维素基质可酶解性,使后续工业化意义的浓醪酶解糖化成为可能。     

非离子表面活性剂对木质纤维素酶解的促进作用

纤维素酶单位酶活力较低、酶用量较高及酶自身易失活等因素依然是木质纤维素工业生产能源和生物基产品的瓶颈性问题。本文尝试在木质纤维素基质水解时添加一些非离子型表面活性剂以减少纤维素酶用量,并对这些非离子型表面活性剂促进酶解效率提高的原因进行了初步探讨。研究发现,添加非离子性表面活性剂能提高木质纤维素的酶解,添加浓度为0.05 g/g底物,常压甘油自催化预处理麦草经过添加两种非离子表面活性剂Tween-80和PEG 6000后葡萄糖产量分别可提高20%左右;非离子表面活性剂对不含木质素的原料酶解产糖也有较大的提高,以滤纸为底物时葡萄糖产量提高近90%,以微晶纤维素为底物时分别提高70%以上;添加非离子表面活性剂使得酶解体系中扩散系数k升高,异相反应效率提高,酶促反应动力学Km值明显减小,显著提高底物对纤维素酶的亲和力。     

玉米芯氨水预处理及酶解工艺研究

为有效提高木质纤维素酶解转化率,文中以玉米芯为研究对象,在常压中温下采用氨水浸泡工艺处理原料,考察了预处理条件对木质素脱除率和纤维素、半纤维素酶解转化率的影响规律。确定了最适预处理条件:氨水质量分数为15%、固液质量体积比为1∶6 g/mL、反应温度为60℃和预处理时间为12 h。该条件下纤维素、半纤维素回收率和木质素脱除率分别为94.5%,86.7%和48.1%;在每g葡聚糖加入30 FPU纤维素酶和60 CBUβ-葡萄糖苷酶条件下,酶解24 h后纤维素和半纤维素酶解转化率分别可达83.0%和81.6%。     

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%.     

碱一氧一蒽醌蒸煮法制取麦草浆纤维素的酶解

用碱一氧一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 ３０ ｈ、转速为 １００ ｒ／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％     

木糖渣的有机溶剂预处理及酶解性能

木糖渣是玉米芯经稀酸处理提取木糖后的残余物,一般作为燃料焚烧以提供部分热能。由于其含有丰富的纤维素组分,故可通过生物转化来生产多种化工产品,但残渣中大量木素的存在严重抑制了纤维素酶的水解效率。采用一些有机溶剂预处理可将部分木素溶出,因而可改善物料的酶解性能。采用乙醇对木糖渣进行预处理,研究了预处理条件（如温度、时间、固液比等）对木糖渣化学组分和纤维素酶解转化率的影响,并与玉米秸秆和玉米芯等进行了对比。结果表明预处理降低了木糖渣的木素含量,在固液（质量/体积）比1︰8、处理液中乙醇浓度50%（体积）、预处理温度210℃、预处理时间60 min时,木素脱除率为53.26%,预处理后木糖渣在酶解72 h时的纤维素转化率达到84.42%,比预处理前提高 14.58%。研究还发现,与木糖渣相比,有机溶剂乙醇更适合用于玉米芯和玉米秸秆酶解前的预处理。     

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。     

碳酸钠预处理对麦草酶水解糖化的影响

麦草是一种具有很大潜力的制取生物乙醇的可再生木质纤维素原料。文章探讨了碳酸钠预处理预浸时间、保温时间、碳酸钠用量对麦草化学成分及酶水解效率的影响。结果表明,延长碳酸钠预处理保温时间对木质素脱除无明显影响,但浆料得率和酶水解总糖转化率有所下降;合理的预浸时间为30 min,继续延长预浸时间对预处理浆料酶水解总糖转化率无促进作用;增加预处理Na2CO3用量有助于促进木质素的脱除,大部分碳水化合物保留在浆料中。在8% Na2CO3(Na2O计)用量下,麦草于80℃预浸30 min后升温至130℃,不保温所得到的浆料在纤维素酶用量为20 FPU/g(对纤维素)时,其总糖转化率为60%。     

木质纤维素新型预处理与顽抗特性

木质纤维素是地球上最丰富的可再生生物质资源,其中纤维类多糖的酶催化降解是木质纤维素生物精炼的关键环节之一。对木质纤维素进行预处理,破坏底物的顽抗特性,是实现木质纤维素高效酶解糖化的必要途径。为此,各国学者围绕预处理技术开发以及底物顽抗特性开展了大量研究,本文对近几年来在这两方面取得的最新成果进行了综述和分析。在预处理方面,重点介绍了组合预处理、低温预处理、绿色溶剂与电化学预处理4类新型预处理技术,并对预处理效果与技术优势进行了评价;在底物顽抗特性方面,综述了木质素、结晶度、酶可及度等不同顽抗特性对纤维素酶解的影响规律,重点总结了近年来顽抗特性研究方面的新方法、新认识与新理解。上述研究成果有助于了解当前木质纤维素预处理研究的导向以及明确制约纤维素酶解的关键因素,为设计和筛选适宜的预处理方式、深刻理解纤维素酶解机制提供基础和指导。     

木素对纤维素酶解的影响及纤维素酶解

用氧-碱-蒽醌蒸煮麦草所得纤维素为原料,研究了木素对纤维素酶解的影响及纤维素的酶解,结果表明:对不同木素含量的纤维素,其木素含量越低,纤维素的酶解率就越高。对同一木素含量的纤维素,酶解同时也脱除木素,当T=40～45℃、pH=4.4、底物与酶量之比为1∶0.02时,时间30h,转速为100r/min,可获得较理想的酶解率和木素脱除率。IR结构分析可知,酶解后纤维素的1-4-β-苷键断裂,生成还原糖。     

Evaluation of enzymatic hydrolysis of wheat straw pretreated by atmospheric glycerol autocatalysis

BACKGROUND: Because ethanol organosolv pulping requires high pressure and is highly volatile, an atmospheric autocatalytic glycerol organosolv pretreatment process has been investigated. Enzymatic hydrolysis of wheat straw pretreated using this method was evaluated to explore a novel, economically competitive and environmentally friendly pretreatment technology for bioconversion of lignocellulosic biomass. The method also provides economical utilization of industrial glycerol, helping to cope with the challenge of the excess production of glycerol and to further defray the cost of biodiesel production. RESULTS: With preliminary optimization of the parameters in the pretreatment process, pretreatment performed at 240 °C for 4 h with the glycerol addition of 15 g g^?1 dry feedstock and wash at 80 °C led to high recovery of cellulose (95%) and good removal of lignin (>70%), which formed, respectively, 80% and 10% of the pulp. The enzymatic hydrolysis of the pretreated wheat straw yielded 90% of theoretically achievable sugar after 24 h and 92% after 48 h. CONCLUSION: Atmospheric autocatalytic glycerol organosolv pretreatment removed significant amounts of hemicellulose and lignin without affecting good cellulose recovery. The proposed novel strategy increased the susceptible of wheat straw to enzyme attack and led to enzymatic hydrolysis that was comparable with that achieved using ethanol organosolv pretreatment. Copyright © 2007 Society of Chemical Industry     

微波烘焙预处理降解玉米秸秆

用微波可高效对生物质烘焙预处理,考察了不同微波烘焙过程对玉米秸秆主要组分的降解作用及酸、碱、甘油催化剂对纤维素转化效率的影响,并对预处理的玉米秸秆进行酶解实验。结果表明,单纯的微波预处理对玉米秸秆中主要组分纤维素、半纤维素和木质素均有强烈的转化作用。无催化剂微波烘焙后,样品中纤维素含量降低了30%。在微波烘焙中添加酸、碱、甘油催化剂,可选择性降解玉米秸秆中的半纤维素或木质素,有效提高预处理后玉米秸秆中的纤维素含量,添加NaOH后纤维素含量增加最明显,由33%增至42%,纤维素最高转化率达65%。     

Glycerol dehydroxylation in hydrogen on a Raney cobalt catalyst

Glycerol dehydroxylation on a Raney cobalt catalyst in hydrogen was studied. It was found that with an increase in temperature from 140 to 200°C at a hydrogen pressure of 30 MPa, glycerol conversion increases from 14 to 97%. The glycerol is completely converted in 20 h, and the yield of 1,2-propanediol is 40%. With an increase in H₂ pressure from 3 to 8 MPa, the glycerol conversion increases from 34 to 95%, and the yield of 1,2-propanediol increases from 18 to 38%. The maximum yield of 1,2-propanediol is 44% at 200°C and a hydrogen pressure of 3 MPa. The glycerol dehydroxylation in hydrogen on heterogeneous catalysts can be considered a promising method of glycerol conversion when glycerol is a byproduct of biodiesel manufacture from vegetable oil and animal fats.     

微生物转化甘油生产1,3-丙二醇的研究进展

甘油是油裂解和生物柴油生产过程中的主要副产物,生物柴油市场的蓬勃发展将会造成甘油价格的下降。这些甘油-水混合物不用再次处理就可以直接用于微生物发酵。在众多甘油的利用当中,附加值最高的应该是1,3-丙二醇(PDO),利用甘油在厌氧条件下发酵生产PDO与传统工艺相比产物浓度从70～80g/L提高到了100g/L,而且如果用固定化细胞发酵,产率可以从2g/(L·h)提高到30g/(L·h)。综述了微生物转化甘油为1,3-丙二醇的研究进展。     

Comparison of atmospheric aqueous glycerol and steam explosion pretreatments of wheat straw for enhanced enzymatic hydrolysis

BACKGROUND: The oversupply of cheap glycerol by the oleochemicals industry together with problems occurring in low‐boiling‐point organosolv pretreatments, has generated an interest in the use of glycerol in the organosolv pretreatment of lignocellulosic biomass. Atmospheric aqueous glycerol autocatalytic organosolv pretreatment (AAGAOP) is a promising strategy that can effectively enhance enzymatic hydrolysis of lignocellulosic biomass. As a cost‐effective technique, steam explosion pretreatment (SEP) is being adopted in industrial applications. Accordingly, work has been carried out to investigate how AAGAOP enhanced enzymatic hydrolysis of lignocellulosic biomass compares with the SEP method. RESULTS: Under controlled laboratory conditions, based on ≥ 90% cellulose recovery, AAGAOP removed ≥ 60% hemicellulose and ≥ 60% lignin from wheat straw while SEP led to ～80% hemicellulose and 10% lignin removal. Enzymatic hydrolysis yields of AAGAOP and SEP reached ～90% and ～70%, respectively. Physical‐chemical structural characterization by scanning electron microscopy (SEM) and Fourier transform infrared spectroscopy (FT‐IR), helped explain the above results. The two methods gave priority to dissociating the guaiacyl lignin and had a relatively small effect on syringyl units. However, AAGAOP exhibited a superior performance. CONCLUSION: The two methods enhanced the enzymatic hydrolysis of lignocellulosic biomass by removing and/or altering physical‐chemical structural impediments. The AAGAOP technique, with some special advantages, was more effective than SEP in enhancing the recovery and enzymatic digestibility of cellulose. Copyright © 2008 Society of Chemical Industry     

KF/γ-Al2O3催化甘油酯交换合成碳酸甘油酯

采用等体积浸渍法制备了一系列氧化铝负载碱金属氟化物固体碱催化剂,用于甘油(丙三醇)与碳酸二甲酯酯交换反应合成碳酸甘油酯,其中KF/γ-Al2O3催化剂能够更好地促进碳酸甘油酯的生成。进一步考察了KF/γ-Al2O3催化剂的制备条件、反应条件对甘油与碳酸二甲酯酯交换反应的影响。当KF负载在γ-Al2O3的负载量为15%(质量分数,下同),于400℃焙烧5 h后制得固体碱催化剂,在n(碳酸二甲酯)∶n(甘油)=3∶1,反应温度80℃,反应时间1.5 h的条件下,甘油的转化率达96.1%,碳酸甘油酯选择性和收率分别达98.1%和94.3%。     

甲氧基聚氧化乙烯甲基丙烯酸酯的合成

利用甲基丙烯酸、聚乙二醇单甲醚直接酯化合成甲氧基聚氧化乙烯甲基丙烯酸酯,采用预处理的方法制备了甲基丙烯酸高效阻聚剂,同时研究了相对分子质量、反应温度、反应时间对酯化反应的影响规律。结果表明：预处理制备的TN酚醌混合阻聚剂对甲基丙烯酸具有良好阻聚效果,掺量为0.75％时,120 ℃反应20 h无明显聚合;140 ℃时,聚乙二醇单甲醚开始分解,—OH被氧化,产生了C=O;120 ℃时TN催化剂与MPEG混合物能够稳定存在,基本无副反应发生,该体系酯化率可达到99％;MPEG相对分子质量影响反应速度,酯化反应1～4 h酯化率随相对分子质量的增加而降低;当反应4 h时,转化率已达80％。之后反应速度减慢,酯化率随MPEG相对分子质量的变化较小。     

尿素与甘油反应制甘油碳酸酯的绿色合成工艺

以甘油和尿素为原料,探讨了低甘油含量的甘油碳酸酯环境友好的合成工艺。考察了催化剂的结构、反应条件等因素对甘油转化率的影响,结果表明在390℃煅烧3 h的硫酸锌催化效果最好。采用甘油与尿素反应后再与碳酸酯反应的偶合反应方式,所得甘油碳酸酯中甘油的含量仅为0.6%,降低了合成成本。     

Investigation on a green synthetic approach for glycerol carbonate： The reaction of glycerol with urea

以甘油和尿素为原料,探讨了低甘油含量的甘油碳酸酯环境友好的合成工艺。考察了催化剂的结构、反应条件等因素对甘油转化率的影响,结果表明在390 ℃煅烧3 h的硫酸锌催化效果最好。采用甘油与尿素反应后再与碳酸酯反应的偶合反应方式,所得甘油碳酸酯中甘油的含量仅为0.6%,降低了合成成本。