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。     

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%。     

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。     

碱性双氧水法预处理木质纤维素

在采用木质纤维素制备燃料乙醇工艺中,纤维素酶对纤维素物质的可及性对纤维素的酶解过程非常重要,木质纤维素物质的预处理过程就是通过溶解木质素、半纤维素以及破坏纤维素的结晶结构,以提高纤维素酶的可及性.采用碱性双氧水法处理木质纤维素,应用部分重复因子设计的实验方法考察了反应时间(tR)、反应温度(Te)、双氧水用量(ch)、液固比(Vr)和 NaOH浓度(cb)5个因素对预处理效果的影响,确定tR＝18 h、Te＝70℃、ch＝1%、Vr＝8 g·L-1、cb＝10 g·L-1为较优化的条件.     

碱性过氧化氢预处理对稻草秸秆酶解的影响

木质纤维素生物转化的关键是预处理和酶解,为了提高木质纤维素的生物转化效率,在温和条件下对稻草秸秆进行弱碱性过氧化氢处理。研究了稻草秸秆处理固液比、过氧化氢和纤维素酶添加量对酶解糖化的影响,结果表明:稻草秸秆固液比为800 g/L,过氧化氢添加量为0.125 g/g,酶解时纤维素酶浓度25 FPU/g底物为较好,红外分析表明稻草秸秆处理后,秸秆纤维素的结晶度和木质素含量都有所下降,促进了生物转化后续过程中的酶解糖化。     

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。     

低共熔溶剂预处理提高甘草渣酶解效果优化

近年来，低共熔溶剂（deep eutectic solvent，DES）以易制备、成本低、易回收等优势，在生物质预处理方面受到广泛关注。本研究以氯化胆碱为氢键受体，乙醇胺为氢键供体，合成DES，研究了不同温度、时间和固液比预处理条件对中药渣组分和酶解效果的影响。结果表明：固液比1∶20、120℃、预处理4h后原料中木质素去除率达到78.42%，纤维素回收率为83.89%。随后对不同条件下所得底物进行酶水解，反应96h后发现，较优条件下所得底物酶解效率为78.57%，较未处理中药渣（30.40%）提高了1.58倍。类分形动力学分析表明，预处理温度对酶解效果影响最大。SEM、XRD和FTIR检测发现，预处理后底物形貌、结晶指数和官能团变化有利于酶解效果的提高。     

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。     

玉米芯稀酸预处理和分步糖化与发酵工艺生产燃料乙醇的中试研究

利用正交试验在中试水平考察了玉米芯的稀硫酸预处理和分步糖化与水解生产乙醇的工艺。结果:最佳预处理工艺为稀硫酸浓度1.1%,温度120℃,固液比1∶8,时间3 h;酶解糖化最佳工艺为:起始底物浓度180 g/L,滤纸酶活:纤维二糖酶活=20 IU/g底物:7 IU/g底物,pH=5.0,48 h;利用运动发酵单胞菌发酵酶解液,35℃,48 h,发酵液中乙醇浓度最高67.8 g/L。     

碱性臭氧预处理对稻草秸秆酶水解的影响

以稻草秸秆为原料经碱性臭氧预处理后进行酶水解,研究了处理前后稻草秸秆半纤维素、纤维素、木质素含量的变化,通过测定酶水解还原糖含量来判断预处理的效果。结果表明,碱性臭氧预处理与碱预处理相比,在稻草秸秆木质素含量与降解上没有什么差异,但酶水解糖化效果更优。经O3/2%NaOH预处理过的稻草秸秆,在pH值5.0、酶用量31.2mg.（g底物）-1、45℃条件下酶水解120h时,还原糖含量达到了902mg.（g稻草秸秆）-1,糖化率达到了92.57%。     

玉米芯的2步法预处理及其酶解条件优化研究

生物燃料将成为主要新能源之一,以玉米芯为原料,碱氧和稀酸为处理剂对其进行2步法预处理,使原料中纤维素相对含量增加,以提供转化乙醇的纤维素原料。采用扫描电镜表征2步法预处理玉米芯,其表面形成疏松、沟纹和孔洞形态,这有利于酶解。采用瑞氏木霉生产的纤维素酶水解该预处理玉米芯,利用正交实验得到酶水解优化条件为,酶用量75 FPU g 1,底物质量浓度60 g L 1,pH值4.8,反应温度50℃,还原糖得率可达69.3%。为提高纤维素酶中β-葡聚糖酶的酶活效率,并减少产物葡萄糖对β-葡聚糖酶的抑制作用,进一步优化β-葡聚糖酶加量。结果表明,当β-葡聚糖酶加量达6.5 CBU时,还原糖得率显著提高到78.2%。这表明该预处理玉米芯是有效降解的玉米芯原料,适于提高还原糖得率。     

碱法预处理棕榈空果串纤维及其酶解糖化效果

本实验结果表明:经Na OH预处理后的棕榈空果串纤维进行成分分析发现:其木质素的含量得到有效去除,且纤维素含量为53.8%,半纤维素的含量为23.6%,显著高于在同一条件下经KOH,Ca(OH)2预处理后的含量。对预处理后棕榈空果串进行酶解,发现经Na OH预处理后能够得到更高的还原糖(葡萄糖33.0 g/L,木糖17.5 g/L)。对酶水解反应的加酶量和固液比进行了优化,发现最适加酶量为40 IU/g,最适固液比为10%,最终得到纤维素的转化率为62.4%,半纤维素的转化率为71.3%。     

醋酸预水解对稻草化学成分及酶水解性能的影响

研究了醋酸预处理对稻草主要化学成分及酶水解糖化效率的影响。在160℃下以不同的醋酸用量(0～4%)对稻草进行处理,预处理后稻草的Klason木质素含量基本保持不变,约60%的酸溶木质素被脱除;灰分含量(质量分数)约下降30%,灰分中SiO2则几乎全部保留在预处理浆料中。预处理醋酸用量的增加对酸溶木质素和灰分含量的变化均无显著影响。预处理后高聚糖的降解程度随醋酸用量的增加而上升,其中半纤维素的降解程度尤为显著,阿拉伯聚糖、半乳聚糖大量溶出。对经醋酸预处理稻草的酶水解研究表明,预处理中醋酸用量的增加无助于酶水解液中还原糖得率的提高。稻草于160℃下经不添加醋酸的自水解预处理后,其酶解还原糖得率均高于经醋酸预处理的稻草,当纤维素酶用量为40 FPU/g(对底物)时,稻草中高聚糖的酶水解转化效率最高,葡聚糖、木聚糖的转化率分别为67.8%和45.3%,总糖转化率为58.8%。     

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。     

玉米芯糖化水解及发酵法生物产氢

通过正交实验研究了硫酸水解预处理对玉米芯糖化效率及发酵产氢的影响,优化了相应的工艺参数,结果表明：玉米芯的最佳糖化效率和发酵产氢出现在水解温度115℃ ,硫酸浓度1.0%,水解时间1.5 h和固液比(M/V)l:10,在该条件下,玉米芯糖化效率为0.5433g·（g TVS）^-1,酸解残渣的氢产氢达 85. ml H₂·(g TVS)^-1。此外,通过X射线粉末衍射分析和结晶度计算探讨了酸解预处理和氢发酵对玉米芯的作用机理。     

化学预处理对玉米秸秆酶解糖化效果的影响

研究了化学预处理对玉米秸秆酶解糖化效果的影响.结果表明效果最好的是:40目玉米秸秆粉用0.5%的稀盐酸在121℃预处理60 min后,加入纤维素酶2.5 g·(100 g)-1和木聚糖酶液2 mL·(100 g)-1,在pH 4.8的乙酸-乙酸钠缓冲液体系中,液固比为10、50℃下糖化48 h,玉米秸秆的总糖产率达48.5%、纤维素和半纤维素的转化率达80.8%.     

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。     

枯草芽孢杆菌发酵甘草渣产2,3-丁二醇和乙偶姻的初步研究

甘草渣是甘草提取完活性成分后的剩余物，富含木质纤维素。以甘草渣为研究对象，以2种稀碱（Na2CO3水溶液和NaOH水溶液）以及稀碱（Na2CO3水溶液或NaOH水溶液）和醋酸乙醇胺离子液体混合液为溶剂对甘草渣进行预处理，研究不同碱浓度和预处理温度对甘草渣组成及酶解效果的影响。结果表明，质量分数2%的NaOH水溶液在固液比（w/v）1:10（即每克甘草渣加入10毫升溶剂）、100 ℃条件下预处理甘草渣1.5 h，木质素去除率达54.1%、纤维素回收率为77.2%；样品酶解24 h，葡萄糖得率可达53.5%，较预处理前甘草渣（10.6%）提高了4.0倍。最后，对预处理后的甘草渣进行高固酶解，在固液比3:10、酶用量45 FPU/g生物质条件下酶解72 h，葡萄糖产量达到86.2 g/L、木糖18.9 g/L。以此酶解液为碳源进行发酵，96 h后发酵液中2,3-丁二醇和乙偶姻总产量为43.9 g/L，还原糖转化率为0.42 g/g；与对照组相比，酶解液更有利于菌体生长，生产强度提高，但转化率略低。     

过氧化氢-乙酸联合预处理对甘蔗渣酶解和发酵的影响

采用过氧化氢-乙酸(HPAC)对甘蔗渣(SCB)进行了联合预处理。以预处理后的甘蔗渣为原料,先进行酶水解,然后将水解液进行乙醇发酵,探讨预处理对甘蔗渣酶解和发酵的影响。实验结果表明：20 g甘蔗渣,加入150 mL过氧化氢水溶液(75 mL过氧化氢(30%)和75 mL水)和150 mL乙酸(99%),硫酸用量为过氧化氢-乙酸溶液体积的0.5%,在70℃反应2 h时,HPAC预处理脱除了88.85%的木质素,并使90.10%的纤维素保留在底物中。底物(HPAC/70-SCB-0.5)的酶可及度是80.30 mg/g,与相同条件下单独过氧化氢预处理(HP/70-SCB)和单独乙酸预处理(AC/70-SCB)相比,分别增加了38.26%和31.08%,甘蔗渣木质素的表面覆盖率从原料的0.66降低至0.22。酶解上清液在酶用量为5 FPIU/g(以底物计)条件下水解后,葡萄糖得率是87.63%,分别是HP/70-SCB和AC/70-SCB的6.89和20.62倍,发酵产乙醇质量浓度是7.57 g/L,分别是HP/70-SCB和AC/70-SCB的7.65和22.94倍。