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。     

离子液体系中原位酶解高效糖化玉米秸秆

合成了14种具有代表性的离子液体,从中筛选了具有较好秸秆溶解能力和环境友好特性的室温离子液[Meim]DMP。该离子液体可以高效处理秸秆,并且可以进行原位酶解糖化,比未处理秸秆的糖化率提高了2.4倍,实现了天然纤维素材料利用的绿色转化工艺。而且,经过原位酶解之后离子液体[Meim]DMP可以有效地回收使用,重复使用5次后仍然保持很好的性能。     

木薯渣超低酸预处理后的酶水解及乙醇发酵

为提高木薯渣的酶解糖化效率,降低原料处理成本,采用超低酸(ULA)对木薯渣进行预处理,并对预处理后的木薯残渣(CR_(ULA))进行纤维素酶酶解糖化,同时探究木薯残渣附着酶的再利用以及回用过程抑制物的累积对发酵产乙醇的影响。结果表明,CR_(ULA)采用70 FPU/g_(底物)纤维素酶水解12 h后,获得47.22 g/L葡萄糖和60.61 g/L总糖。附着于CR_(ULA)上的纤维素酶循环利用5次,纤维素酶添加量从70 FPU/g_(底物)(RUN 1)下降到42 FPU/g_(底物)(RUN 5),节省了40%的新鲜酶,RUN 5的葡萄糖和总糖浓度分别为48.00 g/L和60.92 g/L。RUN 1和RUN 5的酶解液分别用于乙醇发酵,得到乙醇浓度和得率分别为21.67 g/L和0.46 g/g_(葡萄糖)、21.52 g/L和0.45 g/g_(葡萄糖),与葡萄糖培养基所得结果接近。附着酶再利用过程中抑制物乙酸、5-HMF和糠醛浓度有累积增加,而甲酸无明显的变化。由物料衡算可知,木薯渣经ULA预处理及酶水解后,葡萄糖得率为80.64%,乙醇产率为13.84%。     

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。     

表面活性剂对离子液体预处理纤维素的影响

采用离子液体1-甲基-3乙基咪唑磷酸二甲酯（[MEIM][DMP]）与表面活性剂耦合处理纤维素,考察表面活性剂对于酶解的影响,并用红外光谱、X射线衍射分析其机理。结果表明[MEIM][DMP]/聚乙二醇4000（PEG4000）处理的纤维素酶解率比未处理的纤维素高78.2%,比未加表面活性剂处理的再生纤维素高6.5%。红外光谱显示有PEG4000分子特征峰出现,X射线衍射分析表明PEG4000处理再生的纤维素几乎为无定形区。因此,PEG4000参与的处理有利于进一步提高纤维素酶解率,使结晶度降低,从而酶解率提高。     

利用海带渣生产燃料乙醇的初步研究

对海带渣中的纤维成分进行了测定,并以海带渣为原料进行了发酵产纤维素乙醇的研究。通过实验初步建立了海带渣生产乙醇的预处理方法并确立了发酵方式,同时对南极低温纤维素酶QP7复配降解海带渣生产乙醇的效果进行了研究。实验结果表明,海带渣中纤维素含量达28.3%;稀酸预处理后,海带渣经分步糖化发酵得到的乙醇浓度高于相同条件下的秸秆乙醇浓度;在海带渣同步糖化发酵中以低温纤维素酶作为复配酶进行酶解,乙醇产量提高21%以上。海带渣作为生产纤维素乙醇的原料,具有良好的应用前景;既能为海带产业的综合利用提供新方向,而且能够为其它海藻的生物质能源开发提供数据和方法参考。     

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。     

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%。     

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。     

Complete conversion of cellulose to water soluble substances by pretreatment with ionic liquids

Pretreatment of cellulose to water soluble substances (WSS) can enhance its efficient conversion in water solvent, such as ethanol fermentation. In this work, we found ionic liquid (IL), 1-methyl-3-methylimidazolium dimethylphosphate ([Mmim][DMP]), could convert efficiently cellulose to obtain WSS, and the product WSS and IL mixture could be separated by ethanol anti-solvent way. Effects of ILs, time, temperature and water on cellulose conversion were investigated. NMR, FTIR, XRD and SEM were employed to study the mechanism of cellulose conversion with ILs. The results indicate that [Mmim][DMP] has a greater ability to interact with cellulose than [Bmim][Cl] under the same conditions. Cellulose can be completely converted into WSS in [Mmim][DMP] under all the investigated temperatures from 140 to 160 °C. Increasing temperature is beneficial to the conversion rate of cellulose. But the presence of water can decrease the conversion rate of cellulose. During the treatment by [Mmim][DMP], the hydroxyls of cellulose can form hydrogen bonds with both anion and cation of [Mmim][DMP], and after the treatment the inter- and intramolecular hydrogen bonds of cellulose and the compact structure of cellulose are collapsed.     

Enzymatic saccharification of dissolution pretreated waste cellulosic fabrics for bacterial cellulose production by Gluconacetobacter xylinus

BACKGROUND: Waste textiles, such as dyed cellulosic and/or polyester blended fabrics have the potential to serve as an alternative feedstock for the production of biological products via microbial fermentation. Dissolution pretreatment was employed to enhance the enzymatic saccharification of dyed and synthetic fiber blended cellulosic fabrics. The fermentable reducing sugars obtained from waste cellulosic fabrics were used to culture Gluconobacter xylinus for value‐added bacterial cellulose (BC) production. RESULTS: Concentrated phosphoric acid was the ultimate cellulose solvent for dissolution pretreatment since 5% w/w cellulosic fabric can be completed dissolved at 50 °C. After regeneration in water, the cellulosic precipitate was subjected to cellulase hydrolysis, resulting in at least 4‐fold enhancement of saccharification rate and reducing sugars yield. The colored saccharification products can be utilized by G. xylinus to produce BC, approximately 1.8 g L^?1 BC pellicle was obtained after 7 days static cultivation. CONCLUSION: Dyed and blended waste fabric can be pretreated effectively by dissolution to produce fermentable sugars by cellulase hydrolysis. Dissolution pretreatment can expose the dyed or polyester fiber covered digestible cellulosic fibers to cellulase and leads to a significant enhancement of saccharification yield. The colored saccharification products have no significant inhibiting effect on the fermentation activity of G. xylinus for BC production. Copyright © 2010 Society of Chemical Industry     

产氢用生物质球磨预处理工艺的优化试验

本研究采用球磨法对产氢用生物质进行预处理,以酶解后还原糖得率作为考察指标,采用电镜对粉碎后物料进行分析,并利用DPS 7.05分析软件进行试验设计和数据分析,对球磨处理工艺进行优化。分析了原料初始粒径、球料比和球磨时间对酶解糖化过程的影响,得出球料比为显著影响因素,球磨预处理最佳工艺参数为:原料初始粒径 0.45 mm,球料比20∶1,球磨时间 1 h,在此条件下,还原糖得率为 74.50%。     

产氢用生物质球磨预处理工艺的优化试验

本研究采用球磨法对产氢用生物质进行预处理,以酶解后还原糖得率作为考察指标,采用电镜对粉碎后物料进行分析,并利用DPS 7.05分析软件进行试验设计和数据分析,对球磨处理工艺进行优化。分析了原料初始粒径、球料比和球磨时间对酶解糖化过程的影响,得出球料比为显著影响因素,球磨预处理最佳工艺参数为：原料初始粒径0.45 mm,球料比20∶1,球磨时间1 h,在此条件下,还原糖得率为74.50%。     

盐酸-乙二醇-水介质高效预处理山核桃壳及其糖化工艺

为了提高木质纤维素的酶解效率,采用盐酸辅助乙二醇对山核桃壳进行预处理。通过油浴的处理方式优化得出的最佳预处理条件为:处理介质为盐酸-乙二醇-水(1.2%:88.8%:10%,质量分数)的混合物,预处理温度为130℃,预处理时间为30min。为了减小预处理的温度和时间,采用微波辐射的辅助预处理,最佳预处理条件为:微波辐射温度100℃,微波辐射时间5min,微波辐射功率200W。糖化预处理后的山核桃壳经水解72h后,其还原糖产率可达到88.6%(油浴)和74.2%(微波)。利用电镜(SEM)和红外光谱(FT-IR)分析油浴和微波预处理后的山核桃壳,可以发现山核桃壳紧密的结构遭到破坏,变成更加易于酶解的松散、多孔结构,增加了酶可及度,因此很大程度上提高了糖化率。可见,盐酸-乙二醇-水溶液高效预处理可以提高山核桃壳酶解糖化的效率。     

高酸值废弃油脂制备生物柴油的预酯化

为了有效解决现有酯化体系中存在反应慢、时间长、产能低等问题,提出了一种高温下甲醇连续酯化反应的新技术,并采用该技术以对甲苯磺酸为催化剂催化高酸值废弃油脂预酯化试验研究。系统讨论了不同酯化方法对反应的影响,并着重研究了工艺条件对预酯化效果的影响。实验结果表明:高温下甲醇连续酯化的新技术可显著提高酯化反应效率,在反应温度120℃、甲醇流量4.0mL/min、催化剂加入量0.8%的条件下,酯化率达98.8%以上,可将油脂的酸值降至1.0mgKOH/g以下,满足下一步酯交换制备生物柴油的要求;并基于实验研究的基础上将该技术工艺对不同酸值的废弃油脂进行了放大试验研究,皆取得了较好的酯化效果,为产业化、规模化的应用提供理论依据和参数指导。     

玉米秸秆衍生碳基固体酸的制备及其催化纤维素水解糖化

以玉米秸秆为原料,通过碳化-磺化法制备了碳基固体酸（CSA）,采用XRD、FTIR、XPS、SEM、阳离子交换与返滴定法等手段对其结构形貌进行表征,并考察了制备条件对固体酸表面活性基团含量与催化活性的影响。以NaOH/尿素冻融预处理后的纤维素为底物,研究了CSA催化纤维素水解糖化的效果与条件。结果表明：NaOH/尿素冻融预处理能够有效辅助固体酸催化纤维素水解,在350℃碳化2h、100℃磺化5h条件下制备的CSA催化性能最好,其酸量达3.94mmol/g,其中磺酸基、羧基、酚羟基含量分别为1.09mmol/g、1.36mmol/g、1.49mmol/g。在m(CSA)∶m(纤维素)=3∶1、水解温度200℃、水解时间为0.5h的条件下,纤维素水解还原糖得率与转化率分别为47.1%和63%。CSA循环利用3次催化活性下降不大。本研究可为废弃生物质原料制备的固体酸催化纤维素水解转化利用提供科学参考。     

Optimization of hydrothermal pretreatment for co-utilization of xylose and glucose of cassava anaerobic residue for producing ethanol

The development of a process that could recover biofuel from industrial cellulose waste can not only reduce the negative environmental impacts by using fossil fuels, but also bring a green idea for the waste's disposing. In this study, hydrothermal pretreatment was optimized for cassava anaerobic residue, a cellulosic waste from cassava ethanol industry, to co-utilize xylose and glucose for producing bioethanol. The effect of the main pretreatment conditions, namely, temperature, solid content and time, was explored for the highest recovery of xylose in prehydrolysate and glucose in enzymatic hydrolysate. The single factor experiment results showed that the conditions for maximum xylose recovery in prehydrolysate and glucose recovery in enzymatic hydrolysate were 60 °C, 75 min, 10% solids and 160 °C, 75 min, 10% solids, respectively. Whereafter, response surface methodology(RSM) was applied to further optimize the pretreatment conditions for the maximum theoretical ethanol production through utilizing both xylose and glucose. A treatment at 163 °C, for 59 min and with 9.5%solids was found optimal, with the highest ethanol production of 20.2 mg·g~(-1) raw material. Furthermore, in order to assess the impacts of the pretreatment on cassava anaerobic residue, the changes in crystallinity and morphology for untreated and pretreated solids were investigated.