揉搓与稀碱联合预处理对水稻秸秆酶解产糖率及结构的影响

为了提高水稻秸秆中木质纤维素的利用率,尽可能减少预处理过程中化学物质的使用量,开展了揉搓与稀碱联合预处理对水稻秸秆酶解产糖率及结构影响的研究,并通过正交试验获得最佳预处理效果的条件。研究采用3,5-二硝基水杨酸法测定不同预处理酶解还原糖的含量,并通过硅含量测定,傅立叶变换红外光谱(FTIR),X射线衍射(XRD)和秸秆成分测定对预处理后的水稻秸秆进行成分和结构分析。结果表明,揉搓预处理不能明显提升水稻秸秆的酶解产糖率,但能够加强稀碱的作用效果,揉搓与稀碱联合预处理后的秸秆酶解产糖率达33. 63%,明显高于原始秸秆和单独稀碱预处理秸秆;揉搓预处理能够去除秸秆表面33. 40%的硅,与原始秸秆及单独稀碱预处理秸秆之间差异显著,但与揉搓和稀碱联合预处理之间差异不明显; FTIR、XRD和成分测定结果显示,揉搓和稀碱联合预处理能够有效去除秸秆中的木质素,使纤维素的结晶度提升;正交试验发现氢氧化钙质量浓度6%、反应温度40℃,反应时间6 d时,联合预处理酶解产糖率最佳。研究结果将为秸秆高效资源化利用提供理论依据和指导。     

碱性预处理对稻草秸秆酶解的影响

以稻草秸秆为原料,弱碱性预处理后进行酶解糖化,对预处理前后的稻草秸秆进行扫描电镜观察,研究预处理条件对稻草秸秆半纤维素、纤维素、木质素含量及损失率的影响,通过酶解还原糖的释放量来判断预处理的效果.结果表明:碱性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,增加了纤维素酶与底物的酶解可及度,促进了稻草秸秆酶解糖化.经2.0%NaOH、60 ℃、固液比1﹕12处理24 h后的稻草秸秆,在pH5.0、加酶量31.2 mg/g、45 ℃条件下酶解120 h的还原糖达到了790.3 mg/g,糖化率为81.01%.扫描电镜观察显示,经碱性预处理过的稻草秸秆孔隙度增大,机械组织暴露,酶解的有效比表面积增大,酶解速率加快.     

NaOH预处理对玉米秸秆纤维结构特性和酶解效率的影响

为研究不同温度下Na OH预处理对玉米秸秆纤维结构特性和酶解得率的影响,为确定纤维原料碱法预处理的适宜条件提供理论依据,采用稀Na OH溶液对玉米秸秆分别在60、80、105℃下预处理,测定了预处理前后纤维原料的化学组成和酶解得率,并采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和傅里叶变换红外光谱仪(IR)对预处理前后玉米秸秆的纤维结构进行了表征。结果表明:Na OH预处理能够有效脱除玉米秸秆中木质素,增加纤维素和半纤维素比例,提高纤维素结晶度,产生的润涨作用导致纤维束状结构疏松。Na OH 80℃预处理1 h后,玉米秸秆中纤维素结晶度达到63.7%,60 h的酶解得率达到71.4%;碱处理温度进一步升高则会充分暴露纤维表面纹孔,同时使纤维素分子内氢键重新形成,容易进一步损失半纤维素,降低纤维素的润涨程度,从而降低酶解效率。80℃条件下碱处理能够有效改善玉米秸秆纤维结构,提高其转化利用效率。     

牡丹废弃物用于制备发酵可利用还原糖的研究

本研究以牡丹废弃物(叶、果荚、枝)为研究对象,采用傅里叶变换红外(FTIR)光谱分析其木质纤维素种类,分别采用微波-碱法和水浴-碱法预处理原材料后,用GC-MS结合FTIR光谱分析不同预处理方法对原材料的处理效果,并采用纤维素酶解法制备还原糖进行还原糖产量分析,以评价牡丹废弃物作为原材料制备发酵可利用还原糖进行生物转化的潜能。结果表明,牡丹不同部位废弃物的木质纤维素含量不同,牡丹枝中含量最高,综纤维素含量是枝果荚叶;木质素为SG型(即愈创木基和紫丁香基木质素),以愈创木基木质素为主。微波-碱法和水浴-碱法预处理均能有效去除愈创木基,破坏部分半纤维素,提高纤维素酶解产糖效率,差异不明显;预处理也能有效去除原材料中的可溶性成分,提高还原糖产量;以牡丹果荚为原料的还原糖产量比以枝和叶为原料的产糖量至少提高46.62%,因此,牡丹果荚更适合作为制备发酵可利用还原糖的原材料。     

磷酸-丙酮预处理对水稻秸秆酶解糖化的影响

为提高水稻秸秆木质纤维素的能源化利用效率,采用磷酸-丙酮对水稻秸秆进行预处理,研究预处理水稻秸秆粒径、固液比、温度、时间对纤维素酶水解糖化率的影响,并用扫描电镜分析预处理前后水稻秸秆结构的变化。结果表明,水稻秸秆预处理的适宜条件为:粒径≤380μm、固液比1∶8、温度80℃、处理时间为1.5 h,在此条件下预处理的水稻秸秆纤维素酶水解糖化率从未处理水稻秸秆的18.6%提高到预处理后的65.4%。SEM分析表明,经磷酸-丙酮预处理,水稻秸秆晶状结构遭到破坏,并崩解为碎片,从而使后续的纤维素酶水解糖化率显著提高。     

NaOH-Fenton试剂预处理对巨龙竹材理化性质的影响

利用NaOH-Fenton试剂对巨龙竹预处理后进行正交试验。结果表明,1g竹粉底物,用稀碱预处理之后加入质量分数为30%的H_2O_2溶液4mL,浓度为6mmol·L~(-1) Fe~(2+),反应时间24h,获得72h酶水解得率为54.96%。巨龙竹原料经NaOH-Fenton试剂预处理后,纤维素相对含量增加,半纤维素和木质素相对含量降低,72h酶水解得率大幅提高。利用红外光谱和热重分析对原料、NaOH预处理、NaOH-Fenton试剂预处理的巨龙竹的化学性质及热稳定性进行分析结果表明,NaOH-Fenton试剂预处理破坏了木质纤维原料的结构、改变化学性质,物料经预处理后热稳定性越来越高。     

预处理对废纸纤维素酶水解的影响

为了促进废纸类生物质资源的回收利用,采用蒸汽爆破、NaClO2处理、NaClO2结合NaOH处理、NaOH处理和氨水浸泡这5种方法对废鞋盒碎片进行预处理,以改善废纸的纤维素酶水解。分析了预处理后废纸中木素和半纤维素含量、纤维的表面结构和结晶度的变化,并探讨了这些变化对纤维素酶水解效果的影响。结果表明:蒸汽爆破预处理对木素和半纤维素的去除效果最好,碱处理对半纤维素的去除效果不好。预处理使原料的表面变得粗糙,尤其是NaOH处理导致的变化最大。预处理后,原料的结晶度有升有降。酶解试验表明木素和半纤维素的含量、原料表面粗糙程度与纤维素酶水解速率之间均不存在明显的相关性。但是结晶度与纤维素酶水解速率关系明显,结晶度越低,酶水解速率越快。NaOH预处理的原料结晶度最低,纤维素酶水解率最高,为45.4%。     

提高玉米秸秆纤维素酶解率的预处理研究

[目的]比较使用不同预处理方法对媒介纤维素水解率的影响.[方法]用稀酸法、稀碱法、亚钠法对玉米秸秆进行预处理,再用纤维素酶对玉米秸秆中纤维素进行水解.[结果]在50℃、pH为4.8、固液比为1:30、酶浓度为2.7g/L、反应时间为24h的条件下,可获得较理想的酶解率.经亚钠预处理后的玉米秸秆,纤维素含量上升最多,酶解率最高,亚钠预处理后的酶解率达到39.07;,是未经处理的秸秆酶解率(9.8;)的4倍.[结论]预处理破坏了玉米秸秆的纤维素结构.采用亚钠法-酶法结合工艺处理玉米秸秆进行纤维素酶解可显著提高酶解率.     

微波前处理对水稻秸秆酶解性能的影响

[目的]利用微波预处理破坏秸秆中半纤维素、纤维素和木质素复合物,改善秸秆质地和结构,提高其生物降解效率,为秸秆生物质能开发创造条件.[方法]通过Box-Behnken设计和响应面法对水稻秸秆进行微波预处理优化试验,并通过秸秆结构表征比对来考察微波处理对水稻秸秆酶解性能的影响.[结果]利用响应面法得到微波前处理的最佳操作参数：功率（MI） 700 W,反应时间（IT）28min,固液比（SC）75 g/L.在最优条件下,秸秆的还原糖收率为11.86％,比未处理时增长了47.33％,与秸秆结构的FTIR、电镜等表征结果相符.[结论]微波预处理会破坏秸秆表面的蜡质和硅化细胞,还可以部分分解木质素与半纤维素复合物,提高了水稻秸秆的生物降解性能,具有良好的应用前景.     

氨水低温冻融联合预处理对高粱 秸秆酶解产糖的影响

【目的】降低预处理成本、提高秸秆预处理后的酶解效果,模拟自然界低温环境并结合氨水对高粱秸秆进行预处理。【方法】通过单因素试验分别探究氨水低温冻融预处理中浸泡液的液固质量比、冷冻温度、冷冻时长、氨水质量分数对高粱秸秆酶解的影响,采用正交试验对预处理条件进行优化,对预处理前后高粱秸秆的成分采用范式法测定,物理化学结构用红外光谱和X射线衍射分析。【结果】单因素试验中,浸泡液的液固质量比、冷冻温度、冷冻时长和氨水质量分数在不同水平下均显著提高了高粱秸秆酶解还原糖的产量(P0.05)。正交试验最优预处理条件为浸泡液的液固质量比12,冷冻时长12 h,冷冻温度-10℃,氨水质量分数8%。相较于未进行预处理的秸秆,氨水低温冻融处理的秸秆半纤维素含量下降42.42%;木质素含量下降50.76%;秸秆的还原糖产量为302.87 mg·g-1,较未预处理组提高了80.34%;纤维素结晶度提高了57.02%。【结论】氨水低温冻融预处理能有效破坏高粱秸秆木质纤维素间原有的连接结构,溶解半纤维素,木质素的单体和聚合结构被破坏,提高了高粱秸秆的酶解还原糖得率以及纤维素结晶度。     

低过氧化氢浓度的芬顿试剂预处理玉米秸秆试验

生物质资源是地球上含量丰富的资源之一,生物质中蕴含着大量化学能。因此,高效地利用生物质资源能有效缓解当今世界承受的能源压力。但由于木质纤维素复杂的包裹结构很大程度上阻碍了生物质资源的能源化利用,所以学者们不断探索出更高效的处理方式来打破木质纤维素的复杂结构,便于其进一步转化利用。为提高玉米秸秆的综合利用率,降低预处理成本,采用低过氧化氢浓度的芬顿试剂对玉米秸秆进行预处理,以纤维素酶酶解后的还原糖产量和秸秆中木质素的相对含量变化来评价预处理效果;并通过傅立叶红外光谱(FTIR)、X-射线(X-Ray)等技术手段从官能团的变化、纤维素晶体的结晶度变化两方面对芬顿试剂预处理玉米秸秆的机理进行了进一步解析验证。结果表明:采用0.2mol·L-1的Fe2+、0.2%H2O2组合处理玉米秸秆24h,酶解72h后酶解液中还原糖的浓度是未处理秸秆的1.21倍,预处理后纤维素的结晶度下降7%,酸不溶木质素的相对含量下降16.27%。可见采用低浓度的芬顿试剂预处理玉米秸秆是一种有效的方法,且操作简单、反应时间短。     

不同预处理对秸秆木质纤维组分特性的影响

为研究沼液、组合碱和白腐菌3种不同预处理方式对玉米秸秆纤维组分(纤维素、半纤维素和木质素)含量及晶体结构的影响,分别将沼液与玉米秸秆按5∶2的比例混合预处理5d,组合碱(氢氧化钠和氢氧化钙质量比是2∶1)按1∶5的固液比例添加预处理5d,白腐菌按5%比例添加预处理10d。采用范式(Van Soest)纤维测定法、傅里叶变化红外光谱(FTIR)和X射线衍射(XRD)对预处理前后的玉米秸秆纤维结构变化进行研究。结果表明:经3种方式预处理后玉米秸秆的纤维组分含量均降低,其中组合碱预处理后玉米秸秆木质素结构的破坏程度比沼液和白腐菌预处理更加显著,有利于促进纤维素的转化,木质素含量分别下降7.73%、16.79%和6.92%;不同预处理后玉米秸秆纤维素的结晶结构均出现不同程度破坏,结晶度分别下降9.3%、12.4%和10.9%,其中组合碱预处理的结晶度下降最大,更加有利于增加纤维素酶的可及度,提高纤维素的水解效率;FTIR的分析结果表明,组合碱预处理对玉米秸秆纤维组分的结构破坏程度最大。本研究可为更高效、合理调控秸秆沼气工程预处理提供理论基础。     

红麻秸秆发酵转化燃料乙醇

红麻秸秆含纤维素42.31%、半纤维素22.58%、木质素23.79%.分别采用热水和3%硫酸、1.5%烧碱溶液对红麻秸秆进行预处理(121℃,60 min),通过纤维素酶催化水解,红麻秸秆平均纤维素转化率分别达到12.23%、25.62%和85.34%,说明碱性预处理比较适合.以10 g碱处理红麻秸秆样品为底物的同步糖化发酵试验表明,当发酵168 h后,乙醇浓度达到26.06 mg.mL-1,乙醇产率达到理论产率的76.71%.     

木质素与酶的作用机制及其在纤维素酶水解中的影响研究进展

化石燃料的持续开采与使用对环境产生了严重的负面影响，使得开发可再生清洁能源代替传统能源成为必然。木质纤维素是一种丰富的可再生资源，可转化为生物乙醇、氢气等生物质燃料，被认为是代替化石燃料的理想替代品。其中木质纤维原料转化为生物乙醇需经过预处理、酶水解以及微生物发酵这3个关键步骤，而纤维素酶水解通常会受到酶、水解条件、底物等诸多因素的影响。针对木质素对纤维素酶水解的影响研究进行综述，大量研究发现，木质素是纤维素酶水解过程中的主要抑制剂。木质素既可以吸附纤维素酶，与纤维素酶发生无效吸附；又可以作为物理屏障，阻碍酶对纤维素的生产性吸附。尽管通过预处理可以去除大部分的木质素，但依旧无法从根源上缓解木质素对纤维素酶水解的影响，研究木质素的结构单元对酶解效率的影响可能是当前生物乙醇转化中木质素在纤维素酶水解中的研究方向。     

不同预处理提高棉花秸秆还原糖酶解效果的研究

为缓解饲草短缺的问题,采用硫酸处理、微波处理、蒸汽爆破处理等9种方法预处理棉花秸秆,软化棉花秸秆中的木质素,增强饲喂时的适口性,提高棉花秸秆的利用率。结果表明:蒸汽爆破处理棉花秸秆的损失量最大,为39.00%。纤维素含量除了蒸汽爆破处理较低,其它处理均高于对照。木质素含量,除氨化(16℃)与对照接近外,其它的处理均低于对照。对预处理的棉花秸秆分别添加筛选自牛粪一组纤维素降解复合系和绿色木霉进行酶解试验。酶解结果表明:微波处理、氨化处理(16℃)、碱+微波处理、双氧水处理、蒸汽爆破处理绿色木霉的活性强于纤维素复合酶,碱/微波处理、氨化处理(30℃)、碱处理、硫酸处理的预处理棉花秸秆进行酶解效果纤维素复合酶的作用优于绿色木霉的效果。微波处理、氨化处理、碱+微波处理、双氧水处理、硫酸预处理酶解的效果较好。碱+微波波处理失重率最高,达到19.32%、酶解率最高,达到32.20%;硫酸处理糖化率最高,达到18.20%、转化率最高,达到20.23%;碱+微波处理葡萄糖得率最高,达到1.013%。     

不同预处理对猴头菇菌渣及水稻秸秆水解性能的影响

以猴头菇菌渣和水稻秸秆为原料,以纤维素酶和表面活性剂为水解剂,研究了添加水解剂对还原糖含量、CMC酶活性、底物回收率等的影响。结果表明,添加表面活性剂的纤维素酶降解秸秆纤维素产糖的效率高于未添加表面活性剂的降解产糖效率,纤维素酶降解试验底物回收率大小顺序为TU2TU1CKHOU2HOU1;猴头菇菌渣降解率远远高于碱处理水稻秸秆,在酶解试验中产糖量大小顺序为HOU2TU2TU1CKHOU1。菌渣中酶和加入的酶液共同降解底物产糖效率高于其他组,在酶解试验中酶活性大小顺序为HOU1TU2TU1HOU2CK。纤维素酶降解纯菌渣CMC酶活性最高。     

一株高效降解麦秸木质素菌株的筛选及效能评价

为通过筛选为秸秆木质素的预处理及秸秆高值化利用提供一种相对温和且高效的微生物处理方法,并系统评价目的菌株对小麦秸秆木质素的降解效果,进而推动秸秆类木质纤维素生物质资源的高效转化及利用。本研究以小麦秸秆为原料,通过愈创木酚及苯胺蓝显色法进行初筛,选取在培养基上同时具有氧化圈及褪色圈的菌株,对筛选的菌株进行产酶历程分析,对预处理前后小麦秸秆的成分进行分析并采用扫描电镜进行表征,通过酶解糖化分析进一步验证菌株的木质素降解效能。经筛选获得一株能够有效降解小麦秸秆木质素的枝顶孢属真菌（Xenoacremonium sp.）,其发酵液漆酶活力为2.1 U/mL,木素过氧化物酶活力为1.6 U/mL,锰过氧化物酶活力为1.9 U/mL;在固液比1:3,120 r/min,28℃条件下,10 d后对小麦秸秆木质素降解效率可达44.53%,同时纤维素及半纤维含量分别提高了8.34%和23.93%;通过扫描电镜观察可以发现,经枝顶孢属真菌预处理后,小麦秸秆致密有序的表面明显被破坏,产生褶皱,结构出现了断裂、粗糙、空穴的现象;枝顶孢属真菌预处理的小麦秸秆,经纤维素酶及木聚糖酶水解后葡萄糖含量可达64 mmo...     

NaOH对类芬顿预处理的玉米秸秆酶解性能影响

【目的】探究NaOH对类芬顿预处理(heterogeneous Fenton pretreatment, HFP)的玉米秸秆酶解效果影响及高效酶解的机制。【方法】在HFP体系(0.16 g·L^-1 FeOCl, 0.8 mol·L^-1 H₂O₂,6 h)对玉米秸秆预处理的前期进行NaOH前处理，以酶解后还原糖产率为指标，考察NaOH浓度和反应温度对NaOH-HFP体系的影响。对比未处理玉米秸秆和3种不同预处理体系(HFP体系、NaOH预处理体系和NaOH-HFP体系)处理后玉米秸秆的理化表征(成分分析和结构表征)。【结果】当NaOH浓度0.1 mol·L^-1,反应温度75℃时，经NaOH-HFP体系预处理玉米秸秆酶解后还原糖产率为92.5%,分别比NaOH预处理体系及HFP体系提高了31.0%和181.2%。成分分析结果表明，NaOH-HFP体系能够去除部分半维素和木质素。扫描电子显微镜、X-射线衍射、固态核磁和比表面积和孔隙率分析表征结果表明，预处理没有造成底物表面化学结构显...     

解淀粉芽孢杆菌产纤维素酶及其酶解能力相关研究进展

纤维素是地球上丰富的天然生物聚合物,是重要的可再生有机资源,在农作物秸秆中尤为丰富。纤维素、半纤维素和木质素混合组成木质纤维素,木质纤维素结构的复杂性限制自然界中大量秸秆的降解。纤维素酶是将纤维素降解成葡萄糖的一类酶的总称,主要作用于纤维素及其衍生物,在木质纤维素转化利用方面发挥核心作用。解淀粉芽孢杆菌是一类具有纤维素酶合成能力的细菌,其合成的纤维素酶具有产酶条件简单,培养周期短,酶活力高的特点,因此具有广泛的应用价值和前景。对近年来产纤维素酶解淀粉芽孢杆菌的筛选与发酵工艺及其特性进行综述,以期为纤维素酶的生产和应用提供理论帮助。     

碱性双氧水预处理对苹果渣化学组分和酶解得率的影响

【目的】利用浓度为4.5%、pH 11.5的双氧水（alkaline hydrogen peroxide,AHP）预处理苹果渣,研究其对苹果渣化学组分、木质素的去除率和纤维素酶的酶解得率的影响。【方法】以木质素的去除率为指标,优化AHP预处理的温度和时间,经过过滤收集固体组分、干燥后,制得预处理后的苹果渣。根据AHP预处理前苹果渣中纤维素、半纤维素的含量、木质素的含量以及酶解总糖含量,分析AHP在最优预处理温度下,不同预处理时间对苹果渣纤维素、半纤维素的含量及回收率,木质素的含量及去除率、酶解糖得率的影响。通过扫描电镜（scanning electron microscope,SEM）、热重分析法（thermogravimetry/differential thermogravimetry,TG/DTG）和傅里叶变换红外光谱（fourier transform infrared,FTIR）表征AHP处理前后的苹果渣物理结构、化学组分的变化。【结果】预处理的时间和温度对苹果渣木质素的去除率有显著的影响。综合考虑各方面的因素,尤其是经济效益,当预处理时间为2 h、温度为50℃时,木质素的去除率最优,可达到56.68%。在最优的预处理温度下,分析不同预处理时间后苹果渣的组分变化及酶解得率。当预处理时间为2 h时,纤维素、半纤维素回收率可达99.86%,非常接近未处理果渣中的含量;苹果渣的酶解糖得率可达到0.54 g·g^-1,是未处理果渣酶解得率的2倍。扫描电镜（SEM）图像对比说明AHP预处理使得果渣的物理结构变得多孔而疏松,纤维束变得宽松而粗糙,内表面积无限增大。热重分析法（TG/DTG）表明AHP预处理明显提高了纤维素组成单体的纯度,减少了预处理后果渣中木质素及残留物的含量。红外光谱（FTIR）研究揭示AHP预处理可以破坏木质素的化学结构,组成木质素的愈创木基、紫丁香基和对羟苯基等基本物质的结构被AHP破坏,从而使得AHP处理后果渣中木质素的含量明显降低。【结论】双氧水是一种有效的苹果渣预处理剂,其预处理效果与预处理的温度和时间有密切联系。