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)Na OH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(Wmax)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(R20.8),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Na OH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。     

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。     

离子及表面活性剂对甜高粱秆渣酶解的影响

为了提高纤维素酶水解经高温液态水处理后的甜高粱秆渣的效率,探讨了多种阴离子、阳离子以及吐温80(Tween 80)对纤维素酶活力的影响,并初步探讨了Tween 80影响甜高粱秆渣酶解的机制。酶激活试验表明,Br^-、I^-、NO₃^-、Ca²⁺、Mg²⁺和Co²⁺对纤维素酶有激活作用,但对甜高粱秆渣的水解效率提高不明显。添加Tween 80发现,随着浓度的增加,它对纤维素酶的抑制作用增强,而Tween 80添加量为0.175 ml·(g甜高粱秆渣)^-1时,甜高粱秆渣的酶解效率由16.6%提高到37.9%。吸附试验表明,甜高粱秆渣对纤维素酶和Tween 80的吸附达到一定限度后不再上升,Tween 80能显著降低甜高粱秆渣对纤维素酶的吸附。红外光谱分析发现,木质素对Tween 80的吸附要强于它对纤维素酶的吸附。     

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。     

半纤维素酶添加对碱处理甘蔗渣结构及酶解的影响

半纤维素作为木质纤维素的重要组分之一,通过氢键与纤维素的微纤丝结合,严重阻碍了纤维素表面与纤维素酶的接触,降低了酶解的效率。该试验以碱处理甘蔗渣作为底物,通过添加不同量的半纤维素酶去除不同比例的半纤维素。通过成分分析、X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)等手段分析添加半纤维素酶前后残渣的结构和酶解特性变化,发现随着半纤维素酶添加量的增大,残渣中木质素所占的比例逐渐增大,结晶指数逐渐增大,电镜表面沟壑逐渐加深,纤维束之间结构变得疏松。以半纤维素酶处理过的甘蔗渣作为底物,按照5FPU/g底物加入纤维素酶水解72h,与不添加半纤维素酶对照组相比,添加1600U/g半纤维素酶处理的试验组木聚糖的转化率提高了74.24%,葡聚糖转化率提高了35.30%。通过半纤维素酶添加可以有效促进纤维素酶解过程的进行,节约反应时间提高酶解转化率。     

木质素对蔗渣酶水解的影响

采用机械活化方法对蔗渣进行处理,研究在原料可及性变化时木质素对蔗渣酶解的影响,用牛血清蛋白（BSA）预先使原料中木质素吸附饱和的方法来测定木质素对酶的吸附情况、用X-射线衍射和扫描电镜来测定蔗渣结晶结构、表面形态来表征原料可及性,从而分析影响的可能机制。结果表明木质素对蔗渣酶水解的影响与蔗渣可及性有关,原料可及性越高,影响越小。当蔗渣可及性相对较低时,此时木质素影响蔗渣酶水解转化率的两种方式（木质素与纤维素、半纤维素组成的致密结构限制纤维素对酶的可及性及木质素对纤维素酶的无效吸附作用）同时存在。当原料的可及性增加到一定程度后（如机械活化2h的蔗渣）,木质素对纤维素酶的吸附作用几乎消除,木质素对蔗渣酶水解的影响主要表现为对酶的可及性的限制。     

木质纤维素预处理技术研究进展

木质纤维素转化燃料乙醇一般需要经过原料预处理、酶水解和发酵过程。由于木质纤维原料化学结构复杂、直接酶解效率非常低,一般在酶水解之前需要进行适当的预处理以打破其致密结构,增加纤维表面积,提高后续纤维素酶的可及性。预处理程度直接影响纤维底物后续酶水解的效果。本文在木质纤维素常用预处理技术分析的基础上,重点讨论了3种相对高效的预处理技术：微波辅助离子液体预处理、两阶段深度共熔溶剂（DES）预处理和氯化铁预处理技术,分析了它们的优势、不足及发展现状。文中指出微波辅助离子液体预处理可有效解构木质素和半纤维素,破坏纤维素结晶区域,利于后续酶解,但微波加热过程会使离子液体分解和部分底物碳化。两阶段DES预处理可有效提高酶水解效率,但是预处理后原料中残留的DES可能会对后续反应中纤维素酶和微生物产生抑制作用。氯化铁预处理可有效破坏木质素与碳水化合物间的结合键,脱除底物中的半纤维素,而对木质素和纤维素降解较少,具有很好的发展前景。由于单一预处理技术的局限性,寻求低成本高效的联合预处理技术将是未来重点发展的方向。     

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%.     

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。     

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。     

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。     

木质素结构以及表面活性剂对木质素吸附纤维素酶的影响

引言随着世界经济的快速发展和人口的增加,石油以及其他不可再生资源已经濒临枯竭。出于经济发展、国家安全以及环境保护等各个方面的需要,各个国家都在寻找石油的代替能源。生物乙醇这一新     

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%。     

稀碱-Fenton试剂预处理对云南苦竹酶水解得率的影响

利用响应面法对稀碱-Fenton反应预处理竹粉的条件进行优化,确定最佳的Fenton预处理条件为:1 g 稀碱预处理后竹粉底物加入质量分数30 %的 H₂O₂ 溶液3.4 mL,Fe²⁺浓度15.8 mmol/L,反应时间12 h,获得的 72 h 酶水解得率为49.98%。与原料和经2%NaOH 预处理后的样品相比,经2%NaOH-Fenton 预处理后的样品中纤维素含量升高,半纤维素和木质素含量降低,72 h酶水解得率为48.24%,分别提高了47.79和37.44个百分点。当纤维素酶和β-葡萄糖苷酶的用量分别为32 FPIU/g和16 IU/g(以纤维素质量计)时,72 h 酶水解得率为76.64%,比单独使用纤维素酶时的酶水解得率提高了22.80%。     

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。     

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。