科学家利用木质纤维素原料绿色高效制备琥珀酸

中国农业科学院麻类研究所农产品生物炼制与转化创新团队通过对高温液态水预处理、高浓底物酶解糖化和分批补料发酵等工艺进行耦合和优化,构建了利用木质纤维素原料绿色高效制备琥珀酸技术。相关研究成果发表在《生物资源技术》上。

木质纤维素原料厌氧生物降解研究进展

分析了木质纤维素原料生物降解特性的分析,重点从两个方面介绍了利用这种原料进行厌氧生物降解产沼气的研究进展:原料预处理技术,包括物理处理、化学处理、生物处理以及热处理技术;厌氧发酵工艺,包括单相发酵和两相发酵工艺,以及混合原料发酵工艺,并简要探讨了木质纤维素原料厌氧生物降解进一步的研究和发展方向。

纤维素原料生产燃料酒精的技术现状

综述了纤维素原料的预处理及水解为葡萄糖技术的研究进展,介绍了纤维素原料发酵生产酒精技术的概况,对不同的预处理、水解和发酵方法进行了比较,指出制约以纤维素为原料生产酒精的因素依然是成本问题,如何有效地降低成本是当前亟待解决的一个难题。

四种含木质纤维素原料在牛粪液中的酸化

为了有效转化木质纤维素原料,提高其资源化、能源化利用潜力,研究了干稻秸、玉米秸、草坪草、新鲜状态玉米秸和风干玉米秸这4种木质纤维素原料在牛粪液环境中的酸化发酵规律。监测发酵过程,以质量减少率分析了原料降解效率,以溶解性化学需氧量(soluble chemical oxygen demand,SCOD)评价酸化产物的积累。结果表明,4种原料在牛粪液中的降解效果明显,规律不同。草坪草的质量减少最快且最多,质量减少率为73.25%。稻秸在10d时与草坪草质量减少率均达到50%,总质量减少率为72.01%。鲜玉米秸在18d时质量减少率为68.36%,接近草坪草和稻秸,总质量减少率为71.64%。干玉米秸总质量减少率最低,为57.6%;木质纤维素总量的降解效率依次为:稻秸>草坪草>鲜玉米秸>干玉米秸。其成分中,各原料半纤维素的降解效率最好,其次为纤维素和木质素;干、鲜玉米秸产生有机酸种类和数量较多,稻秸、草、鲜玉米秸、干玉米秸的产生挥发性脂肪酸(volatile fatty acid,VFA)总量最大值依次为3.91、0.54、7.16、10.99g/L。将酸化产物作为厌氧发酵原料角度分析,稻秸和草坪草在酸化过程中可实现SCOD积累,对厌氧发酵有利,而干、鲜玉米秸的酸化作用对厌氧发酵不利。

纤维素原料微生物与生物量全利用

70年代初 ,石油危机曾推动利用刚刚兴起的生物技术大力研究纤维素资源的综合利用 ,各发达国家纷纷建立起了专门研究机构。我国在“六五”、“七五”期间曾掀起高潮 ,但由于技术经济久攻不破 ,近期无效益的现实使这一刚刚燃起的火焰渐趋熄灭。随着绿色浪潮的兴起 ,纤维素原料的生物转化又受到人们的普遍关注。概述了纤维素原料的特点 ,纤维素原料微生物和纤维素原料生物量全利用研究进展等。

共固定化细胞协同糖化发酵纤维素原料产乳酸

为提高纤维素原料对乳酸的转化率,将富含纤维二糖酶的黑曲霉(Aspergillus nigerZU-07)孢子和德氏乳酸杆菌(Lactobacillus delbrium)细胞共固定在海藻酸钙凝胶珠中,将共固定化细胞体系与纤维素原料的酶水解相耦联,组建成新型串联式生物反应器。研究表明,共固定化细胞中的纤维二糖酶可将纤维素水解液中的纤维二糖迅速转化成葡萄糖,而葡萄糖又能被乳酸杆菌迅速转化成乳酸,从而解除了纤维二糖及葡萄糖对纤维素酶的反馈抑制作用。当酶解罐和共固定化细胞反应柱的温度分别控制在50℃和48℃,共固定化细胞反应柱的装填量为40%时,串联式生物反应器中生成的乳酸浓度和纤维素对乳酸的转化率分别达到55.7 g.L-1和91.5%。采用分批添料工艺,乳酸终浓度和反应器生产效率分别提高到106.7 g.L-1和1.270 g.L-1.h-1,而单位底物的纤维素酶用量降低了25%。

一种检测木质纤维素原料中铁含量的三波长可见光谱法

建立了一种检测木质纤维素原料中铁含量的三波长可见光谱法。首先在选定的条件下采用酸水解法对样品进行预处理,然后进行1,10-菲罗啉显色并以基于416,510和700nm波长处的吸光度检测的三波长光谱法来定量样品中的铁含量。结果表明:该方法能有效扣除酸水解样品生成的羟甲基糠醛、酸溶木素等产物以及基线漂移对测定结果的影响;与电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES法)的测定结果相比,该方法的相对误差小于5%。该方法操作简单、测定结果准确,适用于一般科研单位和生产企业对木质纤维素原料中铁含量的测定。

纤维素原料/离子液体溶液体系流变性能的研究

利用NDJ-1型旋转粘度计分别对木浆/离子液体氯化1-丁基-3-甲基咪唑([BMIM]Cl)溶液体系和水洗汽爆麦草/[BMIM]Cl溶液体系的流变性能进行了研究。考察了转子转速、温度、纤维素浓度及添加剂等对溶液粘度的影响。结果表明,两种溶液体系的流动活化能均较低,分别为42 kJ/mol和47 kJ/mol,其表观粘度随温度升高而降低;纤维素浓度和浆粕聚合度的增加都可使溶液的粘度增加。进一步研究了不同添加剂对粘度的影响,发现二甲基亚砜(DMSO)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)和1,4-二氧六环的加入都能降低溶液的粘度,但以DMSO的效果最佳。

木质纤维素原料生产燃料酒精开发技术研究进展

在分析美国、日本、加拿大等国关于纤维素制取乙醇技术发展的基础上,对木质纤维素原料生产乙醇的预处理及水解为葡萄糖技术和纤维素原料发酵生产酒精生产技术、酒精废糟的处理利用进行了述评与讨论,对木质纤维素原料不同的预处理、水解和发酵方法进行了比较,展望了木质纤维素原料生产燃料酒精的前景。

纤维素原料微生物与生物量全利用

1970年代初,石油危机曾推动刚刚兴起的生物技术大力研究纤维素资源综合利用技术,各发达因家纷纷建立起了专门研究机构。我国在“六五”、“七五”期间曾掀起高潮,由于技术经济久攻不破,近期无效益的现实使这一刚刚燃起的火焰萎缩下来。随着绿色浪潮的兴起,纤维素原料的生物转化又受到人们的普遍关注。本文概述了纤维素原料的特点,纤维素原料微生物和纤维素原料生物量全利用研究进展等。

木质纤维素原料湿氧化爆破主要降解产物的分析

采用高效液相色谱和气相色谱-质谱联用技术对玉米秸秆、油菜秸秆和木屑湿氧化爆破后水洗液中的主要单糖、呋喃类、羧酸类浓度和其它降解产物进行了分析。结果表明：水洗液中葡萄糖和木糖的浓度分别为0.653-1.562g·L-1和0.166-0.891g·L-1,糠醛和5-羟甲基糠醛的浓度较低,甲酸和乙酸的浓度分别为1.346-3.500g·L-1和1.670-2.698g·L-1,在玉米秸秆、油菜秸秆和木屑水洗液中分别检测到12、10和16种化合物。

木质纤维素原料预处理技术的研究进展

木质纤维素是地球上最丰富的可再生资源,木质纤维素资源的转化利用已成为必然趋势,而在木质纤维素功能转化中预处理技术起着非常重要的作用。阐述了木质纤维素原料的常用预处理技术,并对其发展前景作了展望。

以木质纤维素原料生产生物丁醇的研究进展

为促进纤维素丁醇产业的发展，并为生物丁醇研究提供借鉴，文章介绍了生物丁醇发展的历史与其工艺流程，分析了纤维素丁醇生产中不同技术的优缺点以及瓶颈。同时结合生物炼制技术，提出提高其生产性能的建议。

以酿酒酵母为细胞工厂的木质纤维素原料对木糖组分利用的研究进展

年产量巨大的木质纤维素是可再生的生物基产品生产原料，近些年来得到广泛关注。木糖是木质纤维素原料的主要组分，其综合利用对充分利用原料、提高经济效益具有重要意义。食品级酿酒酵母是一种鲁棒性强的细胞工厂，且遗传改造技术相对成熟。文章综述了近年来基于代谢工程策略构建利用木糖产乙醇、木糖醇以及木糖酸产品的酿酒酵母细胞工厂方面的研究工作。

乙醇钠预处理木质纤维素原料的组分及结构特性

【目的】分析乙醇钠预处理木质纤维素原料的组分及结构特性,为纤维素原料制备生物乙醇燃料的研究提供参考。【方法】以针叶材松木、杉木和阔叶材水曲柳为研究对象,在121℃下采用乙醇钠(C2H5ONa)进行预处理,通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线衍射参数(XRD)等方法分析预处理木质纤维素原料的主要化学组分变化及结构特性。【结果】预处理后3种原料的纤维素、木聚糖和木质素含量均有不同程度变化,纤维素、木聚糖含量有所增加,木质素含量略微减少,其中,预处理杉木的纤维素含量增加幅度最大,达48.1%,平均增加8.1%,松木次之,水曲柳最低。从除木素效果看,松木预处理后木质素含量相对降低6.1%,处理效果较好。X射线衍射参数(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)反映的LOI(结晶度指数)、HBI(氢键强度指数)变化结果显示,乙醇钠预处理可提高木质纤维素原料的相对结晶度。不同酶剂量和时间点变化的酶水解效率研究结果表明,葡萄糖和木聚糖的水解得率由大到小依次为预处理杉木>预处理松木>预处理水曲柳。【结论】乙醇钠预处理杉木纤维素含量提高最多,松木次之,水曲柳最低;针叶材的乙醇钠预处理体系处理效果较好;预处理杉木的相对结晶度高于松木和水曲柳;不同酶剂量和时间点变化的酶水解效率研究进一步验证预处理杉木>预处理松木>预处理水曲柳。

木质纤维素原料预处理技术相关研究进展

木质纤维原料是地球上最丰富的可再生资源,开发木质纤维原料的应用必须经过不同预处理,但预处理过程中均会产生一些副产物,大多数会对后续的糖化及发酵具有抑制作用。针对不同木质纤维素原料采取的预处理方法进行了综合性分析,并阐述了预处理副产物的抑制机理,指出了最有效的抑制物解除方法。最后对如何选择成本低,产生副产物少,且纤维素回收率及酶解率高的预处理方法及其工业生产的应用前景进行了展望。

新的酵母菌株可从木质纤维素原料更有效地使五碳糖发酵

欧洲一个研究团队的研究人员宣布，已使用变革性工程作为合理设计的基因工程的补充，开发出新的工业酵母菌株Saccharomyces cerevisiae，它可从木质纤维原料更有效地使戊糖（木糖和阿拉伯糖）发酵。

我国木质纤维素原料炼制国际领先

中国科学院过程工程所陈洪章研究员主持的“秸秆等木质纤维素原料炼制关键技术与产业示范”项目，从原料多组分特性、转化过程集成和结构与功能入手，提出“选择性组分拆分—功能经济性利用”的生物质炼制新途径实现秸秆等生物质分层多级转化集成的研究思路，实现秸秆等木质纤维素原料的全组分生物炼制，整套技术及其工艺水平达到国际领先，日前荣获2012年北京市科学技术二等奖。

纤维素原料能源化

我国的生物质能源研发虽然起步较晚，但目前基本跟国外处于同一技术水平。为在国际竞争中更加主动，《生物产业发展规划》生物液体燃料产业化行动计划将总体目标定位在了实施纤维素燃料乙醇和生物柴油商业化示范工程，使其与同类化石能源产品相比具有价格竞争力。纤维素类原料能源化是生物质能源总的方向，国家政策对这个方向也是持鼓励态度的。要加快纤维素乙醇产业化示范，推进具有国际先进水平的纤维素乙醇生产原料预处理工艺和高效低成本纤维素降解酶系的研发，建设纤维素乙醇产业化示范工程。

将可再生纤维素原料和半纤维素原料生物转化为乙醇的固定化生物催化剂

1）产品简要说明：粉碎的纤维素原料和半纤维素原料经过物理化学预处理后生产生物乙醇，就是将纤维素水解成多糖并随后转化为目标产品。具有两个方法提高最终产品的产量。第一个方法是将纤维素原料和半纤维素原料的酶水解与所得单糖的微生物转化合并成一个阶段。这样就解决了有关制备乙醇的工艺流程问题，也就是催化作用的最佳温度（45℃～50℃）不同于酵母细胞所得糖转化成生物乙醇的最佳温度（24℃～32℃）。