几种纤维素酶制剂水解和吸附性能的研究

比较了商品纤维素酶和自产纤维素酶在蛋白组分及蛋白组分含量上存在的差异。商品纤维素酶水解稀酸预处理和蒸汽爆破预处理的玉米秸秆,其水解得率均低于自产纤维素酶。以蒸汽爆破的玉米秸秆为碳源制备纤维素酶,添加外源8 IU/g(以纤维素计)的β-葡萄糖苷酶,水解蒸汽爆破的玉米秸秆48 h,纤维素水解得率为90.08%;水解液中纤维二糖的质量浓度从17.06 g/L降低到1.12 g/L,相应葡萄糖质量浓度从21.09 g/L提高到44.01 g/L,可发酵性糖从55.28%提高到97.52%。微晶纤维素对商品酶和自产酶的吸附在30 m in达到平衡,且符合Langmu ir等温吸附方程;由Langmu ir常数分析得知两类酶均来自里氏木霉,且对微晶纤维素的亲和力相差不大。     

4种木质纤维素预处理方法的比较

采用4种方法对玉米秸秆预处理,研究了不同预处理方法对酶水解性能和可发酵性糖得率的影响,分析了预处理物料主要成分,预水解液中糖组成、碳水化合物降解产物及木质素降解产物含量.100 g玉米秸秆经稀酸、稀酸磨浆、中性蒸汽爆破和稀酸蒸汽爆破预处理、洗涤后,物料中纤维素由37.17g分别降为33.96、33.54、32.63和32.88 g,木聚糖由22.84 g分别降为2.77、2.47、3.56和2.05 g,木质素由18.76 g分别降为17.63、17.42、16.90和17.25 g.稀酸蒸汽爆破预处理物料在底物质量浓度100 g/L、纤维素酶用量20 FPIU/g(以纤维素计,下同)、β-葡萄糖苷酶用量3 IU/g下酶水解48 h,纤维素水解得率为75.91％.玉米秸秆经稀酸蒸汽爆破预处理、纤维素酶水解后可发酵性糖得率为44.93％(以玉米秸秆为基准).     

亚硫酸盐蔗渣浆酶解工艺及外源物辅助作用的研究

以亚硫酸盐蔗渣浆为研究对象,研究了底物浓度、外源添加物种类和浓度对纤维素酶解工艺的影响以及PEG6000强化酶解效率的作用机理。研究结果表明,纤维素酶用量15 FPIU/g(以绝干纤维素计,下同)、β-葡萄糖苷酶用量30 CBU/g,纤维素质量浓度80 g/L条件下水解48 h,葡萄糖质量浓度达72.51 g/L,葡萄糖得率、纤维素酶解得率和总糖得率达81.58%、86.79%和84.23%。PEG6000可有效强化酶解,添加量为2 g/L时,水解48 h葡萄糖质量浓度可升至78.54 g/L,葡萄糖得率、纤维素酶解得率和总糖得率达88.36%、95.02%和92.54%。添加2 g/L的PEG6000使纤维素酶Celluclast1.5 L滤纸酶活力提高到原酶活力的117.33%;同时50℃,pH值4.8,保温48 h,残余酶活力同比增加38.99%。     

The Study about Enzymatic Hydrolysis of Bagasse Sulfite Pulp and the Assistant Effect of Additives

以亚硫酸盐蔗渣浆为研究对象,研究了底物浓度、外源添加物种类和浓度对纤维素酶解工艺的影响以及PEG6000强化酶解效率的作用机理.研究结果表明,纤维素酶用量15 FPIU/g(以绝干纤维素计,下同)、β-葡萄糖苷酶用量30 CBU/g,纤维素质量浓度80 g/L条件下水解48 h,葡萄糖质量浓度达72.51 g/L,葡萄糖得率、纤维素酶解得率和总糖得率达81.58％、86.79％和84.23％.PEG6000可有效强化酶解,添加量为2g/L时,水解48 h葡萄糖质量浓度可升至78.54 g/L,葡萄糖得率、纤维素酶解得率和总糖得率达88.36％、95.02％和92.54％.添加2g/L的PEG6000使纤维素酶Celluclast 1.5 L滤纸酶活力提高到原酶活力的117.33％;同时50℃,pH值4.8,保温48 h,残余酶活力同比增加38.99％.     

绿液预处理麦秆纤维素酶水解的研究

研究了绿液预处理对麦秆酶水解的影响.比较了不同绿液预处理条件下麦秆的浆得率、成分组成与纤维素酶解率,结果表明,预处理条件越剧烈,原料损失越大,而木质素脱除率越高,且在相同酶水解条件下,纤维素酶解率却越高,其中适宜的条件是预处理温度150℃,总碱量8％(Na2O计,对绝干原料)和硫化度40％,浆得率62.0％,葡聚糖、木聚糖和木质素质量分数50.0％、18.9％和16.2％,葡萄糖和木糖得率分别为74.2％和73.5％.考察了质量浓度和酶用量对绿液预处理麦秆酶水解的影响,优化了商品纤维素酶酶系结构和Tween-80的添加量,表明绿液预处理麦秆纤维素酶水解的适宜条件为质量浓度100 g/L,纤维素酶用量15 FPU/g(以纤维素计,下同),β-葡萄糖苷酶9 IU/g,木聚糖酶30 IU/g,Tween-800.05 g/g.在以上条件下,酶水解72 h,葡萄糖得率和木糖得率分别达到了82.5％和77.8％,是优化前的2.6和1.6倍.     

-葡萄糖苷酶的研究

以壳聚糖微球为载体,采用吸附-交联法固定化β-葡萄糖苷酶。采用正交试验设计确定最佳固定化条件。β-葡萄糖苷酶的最佳固定化条件为:pH值5.0,酶用量48.6IU/g(以绝干壳聚糖计,下同)的β-葡萄糖苷酶经壳聚糖微球吸附12h后,在25℃、1.0%的戊二醛存在下交联2h,得到酶活力为41.76IU/g和酶活回收率为85.93%的固定化酶。     

造纸废弃物麦草废渣高温自水解预处理对酶水解性能的影响

对造纸废弃物麦草废渣进行高温自水解预处理,并对预处理后的麦草废渣进行组成分析和酶解,以纤维素和木聚糖的酶解得率为考核指标,研究了不同自水解预处理条件对麦草废渣酶解的影响。研究表明,预处理后麦草废渣的化学组成和物理结构均发生了改变,纤维素的含量增加,比表面积增大且促进了纤维素的酶解。酶解结果显示,温度对预处理麦草废渣的酶水解得率有着极其显著的影响。以200℃自水解预处理60 min的麦草废渣为酶水解底物(质量浓度50 g/L),添加纤维素酶35 FPIU/g(以纤维素计,下同)、β-葡萄糖苷酶25 IU/g、木聚糖酶120 U/g及2 g/L聚乙二醇(PEG6000),酶解体系50 m L,于50℃酶解36 h,其纤维素和木聚糖酶解得率分别达86.29%和74.03%,是麦草废渣经170℃自水解40 min后酶解得率的2.3倍和2.8倍。     

酶法糖化玉米芯发酵生产乙醇的研究

研究了玉米芯的酶法水解及酶解液的乙醇发酵。采用里氏木霉ZU-02纤维素酶水解酸预处理后的玉米芯为原料,适宜的酶用量为20 FPIU(以每克底物计,下同),48 h后酶解得率为67.5%;添加黑曲霉ZU-07所产纤维二糖酶可有效解除纤维二糖累积引起的反馈抑制作用,当纤维二糖酶用量为6.5 CB IU时,48 h后酶解得率提高到83.9%。采用分批补料酶解工艺,使底物质量浓度提高到200 g/L,酶解60 h后还原糖质量浓度达到116.3 g/L,酶解得率为80.1%。利用一株耐高温酿酒酵母HTR-11在38℃下对酶解液进行乙醇发酵,质量浓度95.3 g/L的葡萄糖在18 h内发酵生成质量浓度为45.7 g/L的乙醇,其得率达到理论值的94%。     

利用玉米芯同步糖化发酵产2,3-丁二醇的研究

以玉米芯为原料,采用同步糖化发酵(SSF)工艺,将玉米芯酶水解及2,3-丁二醇发酵耦合在一起同步进行.通过对SSF主要工艺参数的研究,确立了适宜的工艺条件为:纤维素酶添加量25 FPIU/g(以底物计,下同),纤维二糖酶添加量15 IU/g,木聚糖酶添加量300 IU/g,底物质量浓度100～120 g/L,pH值6.0,36℃.底物质量浓度为120 g/L时,SSF周期36 h,2,3-丁二醇质量浓度可达46.02g/L,产率为1.28 g/(L·h),转化率为0.424g/g(以纤维素及半纤维素为参照).     

蒸汽爆破杨木多菌种共发酵制备燃料乙醇不同工艺的研究

以蒸汽爆破预处理杨树生产乙醇,比较分步糖化共发酵法和同步糖化共发酵两种不同的工艺。实验中酶用量为15 FPU/g(β-葡萄糖苷酶/滤纸酶比值为1.39),利用大肠杆菌KO11和酿酒酵母共发酵。当底物浓度为5%、10%和15%时,利用分步糖化共发酵产乙醇分别为9.21 g/L、14.286 g/L和15.196 g/L,利用同步糖化共发酵产乙醇分别为8.968g/L、13.978 g/L和16.862 g/L。这将为利用杨木制备燃料乙醇的工业化生产和应用提供参考价值。     

高灰分麦糠水热预处理及其酶水解性能研究

以高灰分含量麦糠(WWS)为原料,考察了水热预处理,以及预水洗后水热预处理对麦糠化学组分及其酶水解性能的影响。研究结果表明:麦糠在固液比1∶10(g∶mL)和180℃条件下水热预处理40 min,预处理麦糠的酶水解性能和酶解可发酵糖生成量最高,葡聚糖和木聚糖酶水解得率分别为40.84%和39.67%,可发酵糖生成量为15.74 g(其中葡萄糖11.68 g、木糖4.06 g)。进一步对预处理麦糠酶水解过程中酶用量进行优化,发现在纤维素酶用量40 FPU/g(以葡聚糖质量计)、木聚糖酶用量140 U/g(以木聚糖质量计)和β-葡萄糖苷酶用量48 U/g(以葡聚糖质量计)条件下,预处理麦糠葡聚糖和木聚糖酶水解得率可达最优值,分别为48.98%和49.06%。麦糠吸附型灰分的酸缓冲作用是制约其水热预处理效果的关键因素,预水洗可有效降低麦糠的灰分,同时提高葡聚糖和木聚糖含量;麦糠经洗涤比500∶1(mL∶g)预水洗后进行水热预处理,预处理麦糠的葡聚糖和木聚糖酶解得率分别从未水洗时的48.98%和49.06%提高到65.59%和70.11%,此时酶水解液中葡萄糖和木糖质量浓度分别可达17.50和4.75 g/L。同时,麦糠预水洗可有效降低后续酶解过程的纤维素酶用量。     

酸预处理对毛竹酶解糖化的影响

竹子富含纤维素和半纤维素,是生产纤维素乙醇的潜在原料来源。而预处理过程是研究的重点和难点之一。本文以毛竹为原料,研究了微波消解稀酸预处理对其化学组成及其酶水解的影响。结果表明,预处理条件为酸用量为2%(w/w干物质),固液比1∶6,温度180℃,时间30min时,能脱除97.2%的半纤维素。预处理得到的底物在酶用量为纤维素酶20FPU/g纤维素和β-葡萄糖苷酶40IU/g纤维素,水解48h,纤维素水解得到葡萄糖的收率由2.41%(未经预处理)提高到52.72%。酶水解过程中,酸不溶木质素的存在,可导致葡萄糖收率的降低。     

木质纤维同步糖化共发酵产燃料乙醇过程优化

经蒸汽爆破预处理的杨木为原料进行同步糖化共发酵(SSCF)法产乙醇。使用里氏木霉Rut C-30产纤维素酶,滤纸酶活(FPA)与纤维素酶产酶速率最大值分别为6.283 IU/mL、0.035 IU/mg.h。同步糖化共发酵中,重组大肠杆菌(KO11)与酿酒酵母的混合发酵乙醇产量高于单菌种发酵。乙醇含量随残糖量的降低而逐渐升高。底物浓度为5%和10%时,乙醇含量最高值分别为8.97 g/L和13.98 g/L,乙醇得率分别为53.8%和41.9%。     

稀硫酸-氢氧化钙联合预处理玉米秸秆制乙醇

以玉米秸秆为原料,研究稀硫酸-氢氧化钙联合预处理秸秆制备燃料乙醇的方法。玉米秸秆经稀硫酸预处理、固液分离后得到的预水解液(主要含有木糖)进行戊糖发酵;而残渣采用氢氧化钙进一步预处理后,经酶水解得到的葡萄糖进行己糖发酵,从而实现戊糖和己糖分开发酵产乙醇。研究结果表明,玉米秸秆稀硫酸预处理最佳条件为:硫酸用量1.00%(以绝干玉米秸秆计),反应温度130℃,反应时间70 min,此时木聚糖水解得率为80.45%;采用树干毕赤酵母对玉米秸秆稀硫酸预水解液原液、浓缩液Ⅰ(浓度为原液的2倍)和浓缩液Ⅱ(浓度为原液的3.5倍)进行戊糖发酵,乙醇得率分别为82.52%、85.13%和73.64%。氢氧化钙进一步预处理玉米秸秆稀硫酸预处理渣的最佳条件为:氢氧化钙用量0.125 g/g(以绝干玉米秸秆计),反应温度90℃,时间24 h,此时纤维素酶水解得率为84.92%;采用酿酒酵母对两步预处理残渣的酶水解液原液、浓缩液Ⅲ和浓缩液Ⅳ(浓度为原液的2倍和3倍)进行己糖发酵,乙醇得率分别为92.22%、91.89%和85.54%。     

黑曲霉发酵豆渣产酸性β-葡萄糖苷酶及其水解京尼平苷的性质

利用单因素、正交试验考察了黑曲霉L菌株发酵豆渣产β-葡萄糖苷酶的条件和酶解京尼平苷的特性。结果表明:2%豆渣适宜作为实验菌株液体发酵产酶培养基,当培养基中接种孢子浓度大于每毫升2×105个时,菌株产酶受发酵温度、装液量的影响显著,而不受接种量、摇床转速的影响,培养基初始pH值1.5时,菌株仍能正常产酶;优化的产酶培养基组成为豆渣1%、米糠1%和Tween 800.1%,初始pH值5.5;菌株在发酵温度28℃、装液量50 mL(250 mL摇瓶)、摇床转速150 r/min的发酵条件下发酵120 h,发酵液酶活为(200±10)U/mL。所产β-葡萄糖苷酶水解京尼平苷的最适温度为55℃、最适pH值2.5、最佳水解时间15 min;在该条件下酶的表观米氏常数(Km)为1.35 g/L,最大水解速率(Vmax)为26.45 g/(L.min.mg),酶活半衰期为15 min,50℃时大于60 min;酶的水解活性受Na+、Ca2+的显著激活,受Mg2+、Ba2+、Cu2+、Fe2+、Hg+、Zn2+、Mn2+等离子(10 mmol/L)和葡萄糖、乙醇的抑制。     

木质素基表面活性剂对玉米秸秆纤维素酶水解的促进作用

木质素是影响木质纤维原料酶水解的关键因素。本研究通过聚乙氧基接枝修饰制备木质素基表面活性剂,并探究其对预处理玉米秸秆纤维素酶水解的影响机制。结果表明,木质素基表面活性剂对蒸汽爆破预处理玉米秸秆酶水解有显著的促进作用。木质素基表面活性剂的最适添加量为0025 0 g/g(以纤维素计)。在最适添加量下,碱木质素基表面活性剂及醇溶木质素基表面活性剂使得蒸汽爆破预处理玉米秸秆72 h酶水解得率分别提高了275%和281%。与此同时,72 h酶水解液中外切葡聚糖酶酶活力分别提高了493%和410%;β-葡萄糖苷酶酶活力分别提高了196%和137%。说明木质素基表面活性剂可减少纤维素酶的无效吸附,从而起到对酶水解的促进作用。     

搅拌转速和通风量对里氏木霉发酵β-甘露聚糖酶的影响

发酵液中溶解氧浓度是好氧发酵过程中反映氧传质效率的综合指标,维持发酵液适宜的溶解氧浓度是实现好氧发酵成功的关键所在,搅拌转速和通风量是影响发酵液溶解氧浓度的重要参数。笔者研究了在3 L发酵罐中搅拌转速和通风量对里氏木霉发酵合成β-甘露聚糖酶的影响。试验结果表明,里氏木霉发酵β-甘露聚糖酶时搅拌转速对氧传质效率的影响大于通风量。以质量浓度为1 g/L的葡萄糖和21.95 g/L的微晶纤维素为碳源发酵合成β-甘露聚糖酶,当搅拌转速450 r/min、通风量0.3 m~3/(m~3·min)时,发酵过程中溶解氧浓度保持在20%以上,发酵120 h,β-甘露聚糖酶活力、β-甘露糖苷酶活力和菌体质量浓度达到最大值3.92 U/m L,0.033U/m L和6.56 g/L。因此,发酵过程中溶解氧浓度维持在20%以上可获得较高的β-甘露聚糖酶活力。     

不同预处理方法对麦草化学组分及其酶解性能的影响

以麦草为原料,探讨了高温热水(LHW)、氨水浸渍(SAA)、Na OH和Na OH联合乙醇(Na OH-ET)4种预处理方法对麦草化学组分及其酶水解糖转化率的影响。结果表明:LHW对聚戊糖有较高的去除率,188℃保温40 min处理,木聚糖和阿拉伯聚糖的去除率分别为73.11%和83.10%,但对木质素的去除率较小仅为21.32%。Na OH具有较好的脱木质素和去除灰分作用,麦草经1%Na OH,140℃保温3 h后木质素去除率为72.00%,灰分去除率为75.93%。因木质素在乙醇中有较好的溶解性,相同温度和时间条件下,麦草经1%Na OH与50%乙醇联合预处理,木质素去除率提高至84.11%。XRD检测结果表明,伴随着木质素和半纤维素的溶出,不同方法预处理后物料的结晶度不同程度增加,由原料的28.80%增加至预处理后的31.23%~33.61%。由于木质素和半纤维素的部分脱除,提高了酶对纤维素的可及性,物料经30 FPIU/g(以纤维素质量计,下同)纤维素酶和30 IU/gβ-葡萄糖苷酶酶解72 h后,糖转化率明显提高,其中Na OH-ET预处理物料的酶解总糖转化率(以麦草原料为基准)最高达90.05%,是麦草原料的7.5倍。     

碱预处理玉米芯生物转化L-乳酸

玉米芯经碱预处理后,采用米根霉对其发酵制备L-乳酸,同时考察分步糖化发酵(SHF)和同步糖化发酵(SSF)两种工艺。实验结果表明,水洗碱预处理玉米芯酶水解性能优于未水洗碱预处理玉米芯,水洗过程可显著提高米根霉发酵性能。分步糖化发酵工艺下,米根霉于40℃下发酵48 h,可将含有31.84 g/L葡萄糖、6.38 g/L木糖的酶解液转化为14.65 g/L的L-乳酸,L-乳酸得率为0.29 g/g(以绝干物料计,下同);同步糖化发酵工艺下,米根霉40℃发酵36 h将底物质量浓度为50 g/L的水洗碱预处理玉米芯高效转化为L-乳酸,L-乳酸得率为0.44 g/g。     

响应面优化法在纤维素酶合成培养基设计上的应用

以里氏木霉(Trichoderma reesei)RUTC30为产酶菌株,经酵母发酵除去葡萄糖后的脱葡萄糖淀粉水解液为碳源,采用Plackett-Burman(PB)设计法寻找培养基组成中对产酶影响最大的因素,并经响应面试验设计优化最佳产酶条件。试验得到对产酶影响最大的两个因素分别为脱葡萄糖淀粉水解液质量浓度和氯化钙质量浓度,经最陡爬坡和响应面试验建立了滤纸酶活与两者之间的模型。对此模型求解得到,当脱葡萄糖淀粉水解液质量浓度为28.85 g/L、氯化钙质量浓度为0.67 g/L时,产酶120 h理论酶活为7.52 FPIU/mL,156 h达到最大酶活为11.16 FPIU/mL,β-葡萄糖苷酶活最大为0.79 IU/mL。