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。     

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。     

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。     

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。     

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p H、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。     

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。     

酸碱复合处理和酶浓度对药渣纤维素水解效率的影响

为了研究酸碱复合处理对药渣木质纤维素水解效率的作用效果,探究药渣纤维素转化酶解转化乙醇的可行性,以水提药渣为原料,用NaOH-PAA进行预处理,在不同反应体系下用纤维素酶进行水解。实验结果表明,预处理后药渣酶解的葡萄糖浓度比预处理前提高3～4倍;在酶总量不变的情况下,增加底物数量和酶浓度能显著提高反应体系中的葡萄糖浓度。83～116 mg/mL的底物浓度和5.8 U/mL的酶浓度可使反应体系中的葡萄糖浓度达到12 mg/mL以上。在83 mg/mL的底物浓度和5.8 U/mL的酶浓度下,对预处理后的丹参药渣、甘草药渣及混合药渣进行纤维素酶解,60 h时,其糖产率分别为29.07 g/kg、49.31 g/kg、52.83 g/kg。结论:预处理能显著提高纤维素的酶解效率,药渣的葡萄糖产率主要取决于其纤维素含量,与药渣类型没有密切关系。     

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。     

低共熔溶剂体系提取中药渣中肉桂醛

筛选适合的低共熔溶剂(DES)对中药渣疏水性功效成分进行高效提取对提高中药固废物的资源化利用效率有着重要的意义。采用微波辅助低共熔溶剂法对肉桂枝中药渣原料中的肉桂醛进行提取，考察低共熔溶剂类别、固液比、提取时间、摩尔比、提取温度等因素对肉桂醛提取率的影响。结果表明：氯化胆碱与乙二醇组成的DES体系中，在氯化胆碱与乙二醇摩尔比为1∶6、固液质量体积比1∶60、提取温度100℃、反应时间90 min的较优条件下肉桂醛的提取率可达到12.64 mg/g,相比传统甲醇提取法提取率增加了45.45%。中性DES相比酸性DES对功效成分的稳定性和提取效率都具有较佳的效果。氯化胆碱和乙二醇中性DES有益于中药渣功效成分的提取和纯化，具有较大的发展潜力。     

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。     

低共熔溶剂预处理杨木水解渣拆解木质素

为高效去除木质纤维素中的木质素,获得富含纤维素的底物,实现木质纤维素组分的单一分离与组分全利用,制备合成了6种三元低共熔溶剂(deep eutectic solvent, DES),利用DES预处理已去除半纤维素的杨木水解渣,研究了6种低共熔溶剂对木质素去除和纤维素保留的影响,并优化获得了最佳的预处理工艺参数。结果表明,6种DES中苄基三乙基氯化铵-乙二醇-氯化铁(T-EG-Fe)的预处理效果最优,木质素去除率为80.46%,纤维素保留率为90.81%。优化得到T-EG-Fe预处理杨木水解渣最佳工艺条件为:反应固液比为1∶15,反应温度为130℃,反应时间为5h,在最优条件下预处理得到的固体残渣中纤维素质量分数为92.78%,木质素质量分数为5.33%。T-EG-Fe具有高效拆解木质素的潜力,在木质纤维素预处理过程中具有一定的应用价值。     

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。     

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。     

纤维乙醇发酵残渣中酶解木质素的提取与表征

近年来,将纤维素乙醇生产过程中所产生的废物进行资源化利用已越来越受重视。本研究利用杨木纤维酶解发酵产纤维素乙醇的残渣进行木质素的提取与表征,采用单因素试验分析碱浓度、料液比、反应温度、反应时间对酶解木质素提取效果的影响,并对反应条件进行正交优化,应用UV、FT-IR光谱仪对分离出的酶解木质素结构进行表征。结果表明:酶解木质素最佳的提取工艺条件为NaOH浓度40g/L、料液比1:30、反应温度60℃、反应时间2.5h。紫外和红外光谱显示酶解木质素保留了完好的木质素结构,以紫丁香基木质素为主,有良好的化学活性。     

杨木废弃物稀酸水解预处理条件的响应面优化

以聚糖类转化率为考核指标,探讨了杨木废弃物稀酸水解预处理物料的适宜颗粒尺寸范围,并用响应面实验设计优化了稀酸水解条件.结果表明,稀酸水解预处理物料的适宜颗粒尺寸为0.075~0.096 mm,稀硫酸水解的优化工艺条件为:固液比1:10,温度158 ℃,时间5 min,硫酸质量分数2.5%.在此优化条件下,聚糖类转化率为59.23%.稀酸水解液的高效液相色谱分析表明,水解液主要成分为木糖(29.897 g/L),占总糖量的64.8%,其次为葡萄糖(8.748 g/L),占总糖量的18.9%,稀酸水解单糖继续降解较少.SEM形貌和XRD分析表明,水解残渣的纤维结构破坏明显,其结晶度由原料的57.45%降低到47.37%,该稀酸水解残渣存在通过酶解和发酵制备生物乙醇的可能性.     

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。     

弱碱性过氧化预处理对稻草秸秆酶解糖化的影响

为了提高稻草秸秆的酶解糖化率,对稻草秸秆弱碱性过氧化预处理条件进行了优化。结果表明:弱碱性过氧化预处理降低了稻草秸秆中木质素的含量,提高了纤维素的含量。最优预处理条件为温度40 ℃,时间24 h,H₂O₂质量分数为2.0 %,在此条件下稻草秸秆的酶解糖化率达到了83.23 %,而在相同酶解条件下,预处理温度30 ℃、时间24 h、 2.0 % NaOH处理后稻草秸秆的酶解糖化率为70.38 %。弱碱性过氧化预处理稻草秸秆的糖化率明显高于碱性预处理稻草秸秆的糖化率。同时试验结果表明,木质素的除去率与H₂O₂质量分数有关。当H₂O₂质量分数大于2.0 %后,H₂O₂对木质素的除去选择性降低,木质素的除去率基本保持不变,却增加了半纤维素的损失。     

水酶法提取肉桂油的工艺研究

探索了肉桂油的水酶法提油工艺.研究了不同酶系以及酶解条件对肉桂油得率的影响.结果表明,果胶酶的作用效果好;酶解条件中,加酶量、酶解时间都对肉桂油得率有显著的影响,通过单因素分析及正交试验的结果,得出在固液比1∶6、酶解pH=3.5、酶解温度40℃、加酶量1.5％、酶解时间2h条件下,肉桂油得率能达到1.72％.经检测得到处理得到的肉桂油中桂皮醛含量达到83.6％.     

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%。