乙酸预浸对玉米秸秆蒸汽爆破预处理的影响

对经乙酸预浸汽爆预处理的玉米秸秆进行了组分含量和抑制物分析,并研究了玉米秸秆预处理后的酶水解性和同步糖化发酵。与未经乙酸预浸相比,乙酸预浸玉米秸秆能在相对低温下进行汽爆预处理,在提高半纤维素水解程度的同时,并不会明显增加糠醛等发酵抑制物。酶水解实验表明,玉米秸秆经乙酸预浸,再以 200 ℃ 进行汽爆后的酶水解效果较好,每克原料可获得 284 mg 葡萄糖,提高了 10.2 %,为理论值的 76.8 %;乙酸预浸玉米秸秆经过 96 h 同步糖化发酵,获得了 22.5 g/L 的乙醇浓度,为理论值的 72 %;相比未经乙酸预浸的玉米秸秆,提高了11.9个百分点。     

四株酵母乙醇发酵的初步研究

比较了休哈塔假丝酵母NLP21、树干毕赤酵母NLP22、NLP23和NLP31,在30 g/L的木糖和混合糖(葡萄糖15 g/L+木糖15 g/L)发酵培养基上以及在培养基中氮源浓度降低到原来1/2和1/10时的发酵性能。结果表明,在30 g/L木糖发酵培养基上,NLP23和NLP31产乙醇质量浓度最高,分别为(11.14±0.13)和(11.15±0.08) g/L。在15 g/L葡萄糖+15 g/L木糖混合糖发酵培养基上,NLP31产乙醇质量浓度最高,为(10.91±0.12) g/L。当发酵培养基中氮源浓度降低到原来的1/2时,NLP23和NLP31产乙醇能力相当,但后者产木糖醇的量增大;当氮源质量浓度降低到原来的1/10时,NLP23和NLP31产乙醇能力随着发酵轮数的增加,逐渐下降,氮源浓度低,降低了乙醇的产量。     

稀硫酸预浸渍对玉米秸秆蒸汽爆破预处理的影响

为提高纤维素乙醇生产中传统蒸汽爆破预处理的效果,以稀硫酸（质量浓度0．2％）对玉米秸秆进行预浸渍,再于190～210℃对其进行汽爆预处理。结果表明：稀硫酸预浸渍有利于增强汽爆过程中半纤维素的水解程度,并能有效减少乙酸的生成;200℃预处理玉米秸秆经过96h同步糖化发酵,最终乙醇浓度为22．5g·L-1,为理论值的76％,较预浸渍前（19．0g·L-1）明显提高。稀硫酸预浸渍能够增强玉米秸秆的汽爆预处理效果。     

汽爆甘蔗渣转化乙醇的实验研究

研究了甘蔗渣的汽爆条件,并利用高效液相色谱（HPLC）对甘蔗渣汽爆产物进行了分析。在相同汽爆蒸汽压力下,随着汽爆保压时间的延长,降解产生的对后续酶解和发酵有害的物质甲酸、乙酸和糠醛等也随之增加。研究了汽爆甘蔗渣的酶解和发酵性能,在实验室小试的基础上,进一步利用50 L发酵罐进行放大的酶解和发酵实验,在酶解液固形物浓度27.09%（ω）条件下,48 h发酵液乙醇浓度6.17%（φ）,显示汽爆甘蔗渣能够较好地被转化用于生产乙醇。     

玉米秸秆生物法制取酒精的中间试验

建立了玉米秸秆采用蒸汽爆破预处理、纤维素酶水解和戊糖己糖同步发酵技术制取酒精的中间试验装置。玉米秸秆在1.6～2.0 MPa条件下蒸汽爆破预处理,在提高玉米秸秆对纤维素酶可及度的同时,玉米秸秆中纤维素、木聚糖和木质素损失分别为4.08%、40.02%和9.91%。里氏木霉以10%的原料制备纤维素酶,并用于降解剩余的90%的原料,滤纸酶活力和纤维素酶水解得率分别为2.27 FPIU/mL和71.3%。初始还原物浓度为43.65 g/L的水解糖液经树干毕赤酵母发酵16 h,还原物利用率和酒精得率分别为87.17%和0.43 g/g(酒精/消耗的糖)。     

重组酵母发酵半纤维素水解液生产酒精的研究

玉米秸秆中的半纤维素主要由五碳糖组成,普通的酿酒酵母不能发酵五碳糖。今利用基因重组酵母Sacchromyces cerevisiae ZU-10发酵玉米秸秆半纤维素水解液生产酒精,针对半纤维素水解液中的主要发酵抑制物,研究了硫酸根离子、乙酸、糠醛对重组酵母生长的影响,发现S.cerevisiae ZU-10细胞对SO42·,乙酸和糠醛的耐受浓度分别为5g·L·1、0.25g·L·1和0.08g·L·1。对玉米秸秆半纤维素的水解工艺进行了比较研究,结果表明,玉米秸秆采用1%H2SO4(固液比1:10),在95℃水解12h,其中的半纤维素水解率达到93%,发酵抑制物相对较少。半纤维素水解液经石灰中和、真空浓缩及离子交换处理后,可用于酒精发酵。半纤维素水解液的糖浓度与浓缩倍数及发酵抑制物浓度成正相关,对于重组酵母S.cerevisiae ZU-10,半纤维素水解液的适宜糖浓度为80g·L·1。在此浓度下,接种量1.2g·L·1(细胞干重计)、30℃、厌氧发酵96h,酒精浓度为31.05g·L·1,水解液中的木糖利用率达到95.85%。该研究结果对于促进半纤维素资源的转化利用,加速秸秆酒精的产业化进程具有重要意义。     

发酵抑制物对葡萄糖发酵产乙醇的影响

在纤维素乙醇研究中,木质纤维原料在酸性预处理过程中会产生甲酸、乙酸、乙酰丙酸、糠醛和5-羟甲基糠醛等发酵抑制物,这些发酵抑制物会影响葡萄糖发酵生产乙醇的收率。本文考察了发酵液中各种发酵抑制物含量对高温超级酿酒酵母发酵乙醇收率的影响。研究结果表明,多种发酵抑制物的协同作用对乙醇发酵的影响要高于单一种类发酵抑制物对乙醇发酵的影响。发酵液中发酵抑制物总量一般控制在3.0g/L以内时,对葡萄糖发酵生产乙醇的抑制作用不明显。     

稀酸浸渍气爆预处理对纤维素乙醇同步糖化发酵的影响

纤维素乙醇预处理过程效率偏低是影响纤维素乙醇发展的一个重要因素。通过改进传统蒸汽爆破预处理方法,在蒸汽爆破前加入稀酸浸渍,有效地提高了后续同步糖化发酵的水平。采用硫酸浸渍气爆预处理后的草浆同步糖化发酵乙醇质量浓度达到27.5 g/L,达到葡萄糖乙醇理论产率的81%;采用乙酸浸渍气爆预处理后的草浆同步糖化发酵乙醇质量浓度达到25.5 g/L,达到葡萄糖乙醇理论产率的77%;相比传统气爆草浆用于同步糖化发酵,稀酸预处理能有效地减少抑制物的生成,提高后续直接利用草浆进行同步糖化发酵的水平,从而提高生产效率,降低生产成本,是可应用于工业化纤维素乙醇生产的重要方法。     

植物纤维制备燃料乙醇的关键技术

由于中国人口众多、土地资源紧缺,农林植物纤维是发展燃料乙醇的可靠原料.南京林业大学在日处理原料5 吨、日产乙醇0.8吨的农林植物纤维生产燃料乙醇中试生产线上的研究结果表明,植物纤维经蒸汽爆破预处理后,用里氏木霉制备的纤维素酶进行酶水解,纤维素和半纤维素水解得率达71.3 %.含戊糖己糖的水解糖液经树干毕赤酵母发酵转化,糖利用率为87.2 %,乙醇得率为 0.43 g 乙醇/g消耗的糖,生产成本为每吨乙醇4000元左右.为使该技术形成生产力,有待解决的关键技术有:1)能耗低、损耗少的原料预处理技术,特别是蒸汽爆破预处理技术的研究;2)纤维素酶活力高、酶系结构合理的纤维素酶制备和酶水解技术,包括纤维素酶制备基因工程菌的构建,纤维素酶制备的定向调控,高β - 葡萄糖苷酶活力纤维素酶的合成,以及高糖化率纤维素酶水解模式和技术方法;3)戊糖代谢的研究,包括戊糖代谢调控发酵的研究和戊糖己糖同步发酵微生物基因工程菌株的构建;4)植物纤维资源制取乙醇的关键技术的整合和集成;5)能源木本植物的研究.     

纤维素水解液中抑制剂对纤维二糖利用菌株发酵能力的影响

木质纤维素在预处理的过程中会产生呋喃类、酚类和弱酸类物质,抑制菌株的生长和发酵。研究了典型抑制剂糠醛、苯酚和乙酸对可利用纤维二糖的工程酿酒酵母菌株生长和发酵的影响,考查了分别以纤维二糖和葡萄糖作为单一碳源时菌株对抑制剂的耐受能力。结果发现,糠醛对菌株的纤维二糖和葡萄糖利用能力的抑制作用随糠醛浓度增加而增大。低浓度(≤0.5 g/L)的苯酚对纤维二糖利用有一定的促进作用,高浓度(1.5 g/L)的苯酚会抑制菌株的生长和发酵。乙酸对菌株纤维二糖利用的影响最为显著,可以明显抑制菌株的生长、纤维二糖利用和乙醇生产,而一定浓度(0.5~4.0 g/L)的乙酸会促进葡萄糖的利用。研究中还发现,复合抑制剂对纤维二糖利用菌株的抑制作用强于单一抑制剂。     

糠醛渣直接同步糖化发酵生产乙醇过程比较研究

以糠醛渣为原料,直接同步糖化发酵(SSF)生产乙醇,并与水洗糠醛渣生产乙醇进行对比。通过考察不同条件来优化同步糖化发酵生产工艺条件,并分析表征了SSF过程中乙醇浓度和副产物浓度变化。优化条件为:糠醛渣底物质量分数10%,纤维素酶用量12%,无患子皂素质量浓度0.5g/L,酵母接种量7g/L,同步糖化发酵乙醇得率达到其理论得率的93.1%。与水洗糠醛渣相比,糠醛渣直接SSF过程可将原料吸附的5.50%葡萄糖部分转化为乙醇。水洗糠醛渣SSF生产乙醇所产生的副产物要远低于糠醛渣直接生产所产生的副产物,添加无患子皂素可有效抑制糠醛渣同步糖化发酵过程中副产物的产生。     

脱木素对糠醛渣同步糖化发酵乙醇转化的影响

对碱性过氧化氢处理后的糠醛渣样品进行同步糖化发酵转化乙醇研究。结果表明,木素脱除提高糠醛渣转化乙醇得率。与未处理糠醛渣相比,脱木素糠醛渣样品发酵96h后水解液中乙醇浓度由6.8g/L提高至14.5g/L,乙醇转化率由50.6%提高至69.35%。     

Improvement of ethanol fermentation from lignocellulosic hydrolysates by the removal of inhibitors

In this study, the removal efficiency of fermentation inhibitors in a lignocellulosic hydrolysate by electrodialysis (ED) and the ethanol performance of ED-treated hydrolysate were investigated. The fermentable sugars and inhibitors concentrations in the hydrolysate differed significantly depending on the kind of biomass and acid catalysts. In the mixed hardwood, acetic acid and furfural in the hydrolysate were high as 8.41–8.57 g/L and 2.68–4.23 g/L, respectively, but 5-hydroxymethylfurfural (HMF) concentration was relatively low compared with that of mixed softwood. The ED process showed the high effectiveness for removing acetic acid and total phenolic compounds in the hydrolysate without loss of fermentable sugars. However, most of the HMF and furfural remained in the hydrolysate after ED. Ethanol fermentation was not completed in untreated and mixed hardwood ED-treated hydrolysates due to the high concentration of furfural. Meanwhile, ethanol fermentation was successfully performed in a mixed softwood ED-treated hydrolysate pretreated with dicarboxylic acid. The maximum ethanol concentration attained after fermentation with an initial fermentable sugar level of 27.78 g/L was 10.12 g/L after 48 h.     

Investigation of cellulose convertibility and ethanolic fermentation of sugarcane bagasse pretreated by wet oxidation and steam explosion

Sugarcane bagasse was pretreated by wet oxidation (WO) at 195 °C for 15 min under either alkaline, neutral or acidic conditions, and by steam explosion (STEX) at 205 °C for 10 min. Alkaline WO was more favourable than neutral and acidic WO for the following enzymatic hydrolysis of cellulose, giving 792 g kg^?1 glucose yield after 48 h. The enzymatic hydrolysis of the fibres in the whole slurry was inhibited by inhibitory compounds contained in the prehydrolysate in comparison with the hydrolysis of the washed solid fibres in buffer. The inhibition increased proportionally with formic acid concentration in the pretreated liquid fraction. Cellulose conversion was higher for simultaneous saccharification and fermentation (SSF) than for separate hydrolysis. The highest SSF conversion (829 g kg^?1) was obtained for the material treated by alkaline WO. The fermentability of the prehydrolysates by Saccharomyces cerevisiae was evaluated. Stronger inhibition of ethanolic fermentation was observed in the prehydrolysate obtained by steam explosion. The inhibition was more noticeable for the volumetric productivity than for the ethanol yield. The volumetric productivity was reduced by 94.5 and 91.2% for STEX and WO, respectively, whereas the ethanol yield was reduced only by 45.2 and 31.0%, correspondingly, for STEX and WO. Furan aldehydes seemed to be mainly responsible for the inhibition of the fermentation. Copyright © 2006 Society of Chemical Industry     

响应面法优化水/醇处理后汽爆玉米秸秆酶解的研究

为了提高水/醇处理后汽爆玉米秸秆的酶解还原糖产率,对其酶解条件进行了优化。通过响应面优化法确定了底物浓度为53.28g/L,纤维素酶用量为53.32FPU/g,酶解时间为60.45h时,还原糖产率可达672.36mg/g,与秸秆物料及汽爆后物料相比,酶解还原糖产率分别提高了179.21%和37.29%。化学组分及结构形貌分析表明：水/醇处理后物料纤维素含量显著增加,X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)结果表明经过水/醇处理后物料相对结晶度增高,但结构更有利于纤维素酶分子的吸附。     

蒸汽爆破麦草同步糖化发酵转化乙醇的研究

近年来对木质生物资源同步糖化发酵转化乙醇的研究较多,但是,麦草同步糖化发酵转化乙醇的最佳工艺条件还未确定。文中采用正交试验设计的方法,对在混合酶(纤维素酶Celluclast 1.5 1,β-葡萄糖苷酶Novozym 188)与酿酒酵母菌作用下,稀硫酸催化的蒸汽爆破麦草原料同步糖化发酵转化乙醇的工艺条件进行研究,详细讨论了反应温度、底物质量浓度、发酵液pH值、纤维素酶浓度对乙醇质量浓度和得率的影响。结果表明,工艺条件对乙醇质量浓度和得率的影响程度由高到低依次为:底物质量浓度、纤维素酶浓度、发酵液pH值、反应温度。最佳工艺条件为反应温度35℃,底物质量浓度100 g/L,发酵液pH值5.0,纤维素酶浓度30 FPU/g。在此条件下,随着反应时间的延长,乙醇质量浓度持续上升。反应72 h后,乙醇质量浓度和得率分别达到22.7 g/L和65.8%。     

芒草酸/碱预处理副产物的生成及对乙醇发酵的影响

研究了不同浓度酸/碱预处理下芒草预处理上清液中副产物的生成和预处理上清液发酵产乙醇的规律,并对预处理副产物与乙醇发酵的关系进行了相关性分析。结果表明:酸/碱预处理上清液中预处理副产物浓度差异较为明显,酸处理产生的糠醛、5-羟甲基糠醛浓度明显高于碱处理,而碱处理上清液中丁香酸、香草醛、对香豆酸、阿魏酸浓度明显大于酸处理;预处理上清液补糖发酵中,1%H₂SO₄预处理上清液糖醇转化效率高于10 g/L NaOH预处理,半纤维素含量高和木质素含量低的材料具有较高的糖醇转化效率;糖醇转化效率与相应预处理上清液中副产物浓度相关性分析显示,糖醇转化效率与5-羟甲基糠醛呈极显著正相关,相关系数达0.795,与香草醛和丁香酸分别表现为极显著和显著负相关,相关系数分别为-0.811和-0.671。