响应面法优化碱解聚玉米秸秆条件的研究

以玉米秸秆为研究对象,氢氧化钠为解聚剂,通过单因素试验、中心组合设计和响应面法分析,优化碱解聚玉米秸秆的条件。结果表明:碱解聚玉米秸秆的适宜条件为Na OH质量浓度2%,温度80℃,时间4 h。在此基础上,建立了酶解试验的二次多项式数学模型,发现影响碱解聚玉米秸秆酶解葡萄糖产量的大小顺序依次为碱浓度时间温度。用响应面法优化的碱解聚玉米秸秆的条件为Na OH质量浓度2.24%、温度81℃、时间4.30 h,并对此解聚条件进行了试验验证,发现葡萄糖的预测产量与试验值有较高的吻合度,说明此条件是碱解聚玉米秸秆的适宜条件。     

响应面法优化硫酸降解玉米秸秆的工艺研究

为提高玉米秸秆降解率及利用率,增加经济收入,减少玉米秸秆就地焚烧带来的环境污染,研究以响应面法优化硫酸降解玉米秸秆的工艺,为产业化生产酸降解玉米秸秆及其产物提供理论基础,为模拟移动色谱分离酸降解液各种组分提供数据支持。采用单因素实验确定酸降解玉米秸秆各因素的中心点,利用响应面法确定酸降解玉米秸秆的工艺。研究表明:酸降解液中硫酸浓度2.0%,温度114.56℃,时间1.95h,料液比1﹕23.91,在此工艺条件下硫酸降解秸秆提取还原糖的得率为37.63%。酸解液中阿拉伯糖含量为2.56%,半乳糖含量为0.79%,葡萄糖含量为20.23%,木糖含量为14.13%。验证试验表明,实测值与预测值相近,相对误差为0.19%,说明用响应面法优化硫酸降解玉米秸秆制备还原糖的工艺条件是可行的。     

玉米秸秆稀酸预处理条件对糠醛类抑制物产生的影响

以玉米秸秆为原料,探讨稀硫酸预处理玉米秸秆过程中影响糠醛类抑制物产生的因素,运用偏相关性分析法分析不同预处理条件与还原糖、糠醛的相关性。分析得知,影响预处理液中糠醛类抑制物产生的主要因素是硫酸浓度,二者呈正相关。预处理温度和时间与糠醛浓度显著相关,而固液比对糠醛类抑制物的产生没有显著影响。实验结果表明,当硫酸浓度为1%、预处理温度120℃、时间90 min,固液比1:10时预处理液中糠醛浓度为0.99 mg/mL,还原糖浓度为27.6 mg/mL。     

玉米秸秆液化产物水解制糖研究

玉米秸秆通过液化技术预处理后,其主要成分为纤维素,纤维素通过酸水解或酶水解后,生成还原糖,进而利用酵母菌发酵制备燃料乙醇。该文研究的主要内容是利用无机酸对玉米秸秆液化产物进行水解,得出最佳水解条件为温度50℃,液固比1∶20(mL/g),硫酸浓度70%,水解时间60m in。水解产物中还原糖含量可以达到31.76%。     

响应面试验优化微波-超声协同辅助硫酸降解玉米秸秆工艺

研究微波、超声与微波-超声3 种辅助硫酸降解玉米秸秆方法,并采用响应面法对微波-超声协同辅助硫酸降解玉米秸秆的工艺进行优化,建立还原糖得率的五元二次回归数学模型,并进行了模型的有效性分析、单因素效应分析、边际效应分析及因素间的交互作用分析。最佳工艺条件为温度82 ℃、时间153 min、硫酸体积分数3.1%、料液比1∶45（g/mL）和微波功率634 W,在此条件下,还原糖得率最大值为41.24%,实际结果与模型预测值吻合度高,说明该模型切实可行。与在温度120 ℃、硫酸体积分数3%、料液比1∶20（g/mL）、时间2 h条件下水解玉米秸秆还原糖得率相比,含量提高6.6%。并通过离子色谱分析得出阿拉伯糖含量为1.75%,半乳糖含量为0.44%,葡萄糖含量为15.65%,木糖含量为7.98%,果糖含量为15.34%,纤维二糖含量为0.09%。     

玉米皮渣类纤维兼氧发酵产丁二酸

采用酶酸两步法水解玉米皮渣,重点考察了稀HCl水解条件变化对还原糖产率的影响,并以产琥珀酸放线杆菌为发酵菌株,探讨以玉米皮渣类纤维为原料替代葡萄糖为碳源,兼氧发酵产丁二酸的可行性。结果表明:在HCl浓度1.5%,底物浓度为12%,100℃水解4h的水解工艺下,还原糖产率达83%。在还原糖质量浓度40g/L,玉米浆为氮源,35℃发酵60h的条件下,丁二酸产率达到19.41g/L。应用玉米加工副产物玉米皮渣和玉米浆为原料发酵产丁二酸具有良好的应用前景。     

利用玉米秸秆水解液发酵生产2,3-丁二醇

利用1株克雷伯氏菌(Klebsiella oxytocaZU-03)发酵玉米秸秆水解液生产2,3-丁二醇,使水解液中的己糖和戊糖都得到了有效利用。研究结果表明,当玉米秸秆水解液中Na2SO4浓度低于20 g/L时,对2,3-丁二醇的发酵无明显影响。乙酸和乙醇是主要的发酵副产物,当浓度分别超过20 g/L和5 g/L时,对发酵的抑制作用较明显。玉米秸秆水解液发酵生产2,3-丁二醇的适宜初始pH值为6.0-6.5,初始总糖浓度为80-100 g/L。在总糖浓度80 g/L(含葡萄糖47.25 g/L,木糖32.75 g/L),初始pH值6.0,温度30℃的条件下发酵64 h,总糖利用率达到99.36%,2,3-丁二醇的质量浓度为37.20 g/L,产率为0.468 g/g(总糖),达到理论最大产率的94%。     

低酸喷雾协同蒸汽爆破预处理对小麦秸秆结构及酶水解的影响

研究了低酸喷雾协同低温蒸汽爆破（以下简称汽爆）预处理条件对小麦秸秆纤维的化学组分、结构及酶水解效率的影响。结果表明,在5%硫酸浓度（料液比1∶1）、汽爆反应温度170 ℃（0.79 MPa）、反应时间5 min预处理条件下,纤维素保留率达91.3%,半纤维素脱除率达83.4%,水解液糖得率为80.1%;对预处理后小麦秸秆进行酶水解反应72 h,可获得84.9%的葡萄糖酶解率。本研究提出的低温汽爆预处理农业秸秆的方法,可实现纤维素的高保留率并获得优异的酶水解效率。     

玉米秸秆糖醇发酵产丁二酸及表征

以玉米秸秆糖醇液为原料,考察产琥珀酸放线杆菌（Actinobacillus succinogenes）X-1对不同单一碳源的同化能力,并验证产琥珀酸放线杆菌可同化利用玉米秸秆糖醇液。利用Box-Behnken中心组合设计试验,通过响应面分析法优化发酵工艺参数为：玉米秸秆糖醇液初始还原糖质量浓度42.81 g/L、酵母膏质量浓度12.53 g/L、缓冲剂MgCO3质量浓度15.90 g/L,经5 L发酵规模实验,发酵周期48 h,丁二酸产率为85.1%,还原糖利用率为85.4%。经红外光谱和核磁共振表征其发酵产物为生物基丁二酸。     

稻草酸水解制还原糖的工艺条件

研究了用稀H2SO4直接酸解稻草制还原糖的最佳条件,探讨了酸浓度、酸解温度和酸解时间等因素对还原糖含量的影响。实验表明,用稀H2SO4直接酸解稻草省去了预处理步骤,能获得较大的还原糖收率。采用正交实验法,以总还原糖浓度为考察指标,对实验结果进行方差分析,得出稀H2SO4酸解稻草的最适宜工艺条件为:硫酸质量分数20%,水解温度60℃,水解时间36h,稻草与硫酸量比为1∶10,可获得还原糖浓度为23.835g/L。对于稻草水解过程,认为4h前主要为半纤维素水解,16～36h主要为纤维素水解,36h后水解基本完成。     

利用一株凝结芽孢杆菌发酵酸解玉米秸秆生产乳酸

该研究拟考察凝结芽孢杆菌（Bacillus coagulans）利用玉米秸秆生物炼制乳酸的效果。以凝结芽孢杆菌CGMCC No.7635为菌种,利用2%硫酸预处理后的玉米秸秆为碳源、20 g/L酵母粉为氮源,添加20 FPU/g纤维素酶后开展糖化发酵生产乳酸实验。结果表明,发酵65 h后可获得乳酸含量为（38.38±1.03） g/L,其中L-乳酸光学纯度为（99.23±0.22）%。进一步使用补料发酵工艺,添加经预处理的玉米秸秆,可最终获得乳酸含量为（82.56±1.28） g/L。建立的玉米秸秆生物炼制乳酸工艺操作简单、产物浓度高,具有工业应用潜力。     

常温常压等离子诱变结合玉米秸秆水解液驯化酿酒酵母生产生物乙醇

因玉米秸秆水解液抑制物中的糠醛和乙酸通常会抑制酿酒酵母的活力,造成乙醇产量下降。该实验为了获得抗水解抑制物并且提高乙醇产量的优良菌株,以酿酒酵母xp为出发菌株,通过常温常压等离子诱变(atmospheric and room-temperature plasma mutagenesis,ARTP)技术,得到突变体库,并以玉米秸秆水解液为筛选压力,经过25代驯化培养,筛选出优良菌株xp2。该菌体的生物量DCW最高为3. 71 g/L,较原菌的3. 10 g/L上升了19. 68%。生长对数期为6~22 h,稳定期为22~42 h,比原菌的对数期明显提前。稳定期持续时间延长4 h,生长性能优势明显。发酵上清液中的糠醛1. 43 g/L,乙酸1. 21 g/L,较出发菌株发酵上清液的糠醛3. 78 g/L,乙酸1. 65 g/L,分别降低了62. 17%和26. 67%,乙醇产量和平均得率分别为38. 7 g/L和0. 806 g/(L·h),较出发菌株的30. 3 g/L和0. 631 g/(L·h),提高了17. 12%和27. 73%。该实验表明改造菌性状优良,转化糠醛和乙酸的能力明显提高,为今后筛选优良表型的酿酒酵母提供参考价值。     

玉米秸秆制备微晶纤维素的研究

研究了玉米秸秆制备微晶纤维素的预水解乙醇法制浆工艺,对预水解的保温温度、保温时间以及加酸量,乙醇法制浆的保温时间及加酸量进行了研究。研究结果表明：预水解的最佳工艺为,液比1：6,升温时间30min,保温时间120min,水解温度160℃,加酸量1%;乙醇法制浆的最佳工艺为,乙醇溶液（配比为乙醇：水=6：4）,液比1：6,60min内升温达160℃后装锅,继续升温到达最高温度195℃,乙酸用量8%,保温时间60min。     

利用玉米秸秆水解液厌氧发酵产丁二酸的研究

对玉米秸秆水解液发酵产丁二酸进行了研究。玉米秸秆水解液中含有对菌体生长不利的物质,通过不同的脱毒方法处理玉米秸秆水解液,考察了脱毒前后抑制物以及总糖含量的变化,结果表明,活性炭和Ca（OH）2同时使用的脱毒效果最好;抑制物糠醛及羟甲基糠醛（HMF）的去除率分别为91．11％、89．83％,而总糖损失率仅为5．57％。用脱毒后的玉米秸秆水解液作为碳源发酵产丁二酸,其产量可达到66．23g／L,收率为67．28％,分别比未经脱毒时提高24．81g／L,25．30％。     

Prehydrolysis ofEucalyptus wood with dilute sulphuric acid: operation in autoclave

The production of xylose fromEucalyptus globulus wood samples in media containing sulphuric acid was studied. The prehydrolysis reactions were carried out in autoclave. All the experiments were performed with liquid/wood ratio of 10 g/g. The effects of sulphuric acid concentration (within the range 2–6%), reaction time (0–6 h) and temperature (115 or 130°C) on the type and distribution of reaction products were studied. Xylose was the main compound generated by hydrolysis. The xylose concentration/time series of data were fitted to a kinetic model which provided a close reproduction of experimental results. The concentrations of other reaction products (glucose, arabinose, furfural and acetic acid) in reaction media were also determined. The results obtained are compared with those obtained in experiments carried out at atmospheric pressure.     

乙醇法玉米秆髓浆对OCC纸浆的增强效果

采用正交实验确定玉米秆髓乙醇法蒸煮的最佳条件,并将在最佳条件下蒸煮得到的玉米秆髓浆与OCC纸浆进行配抄,通过检测纸张的物理强度性能确定最佳配比。结果表明,玉米秆髓乙醇法蒸煮的最佳条件为:蒸煮最高温度185℃、保温时间90 min、液比1∶25、乙醇体积分数60%;玉米秆髓浆的较优加入量为20%～25%,与不含玉米秆髓浆的纸张相比,当玉米秆髓浆配比为25%时,成纸的抗张指数、环压指数和耐破指数分别提高了77.7%、47.1%和26.7%。     

Box-Behnken法优化玉米秸秆预处理工艺对酶解糖化的影响

为促进生物炼制产业发展,提高玉米秸秆酶解糖化效率,运用Box-Behnken试验设计优化预处理工艺,研究硫酸质量分数、反应时间、反应温度和固液比四个因素对半纤维素水解率的影响规律,并结合扫描电子显微镜、红外光谱仪、X-射线衍射仪分析玉米秸秆微观形貌、结构等指标。结果表明：玉米秸秆预处理最佳工艺为反应温度100℃、硫酸质量分数1.2%、反应时间120 min、固液比1∶9（g∶mL）,在此条件下半纤维素水解率为84.93%,木质素脱除率为46.15%,预处理水解液还原糖质量浓度为2.04 g/100mL,木糖产率为74.22%,87.89%纤维素保留在固体部分,经72 h酶解反应酶解率达到85.79%,未处理玉米秸秆酶解率仅为32.25%。