纤维素生物质生产燃料乙醇的研究进展

利用丰富、廉价且可再生的木质纤维原料生产燃料乙醇,对经济和社会的可持续发展有着重要的意义。综述以纤维素生物质为原料生产燃料乙醇的几种不同工艺,包括分步水解发酵(SHF)、同步糖化发酵(SSF)、同步糖化共发酵(SSCF)、非等温同步糖化发酵(NSSF)、直接微生物转化法(DMC)以及间接生产乙醇的技术,并比较它们的优缺点。总结构成燃料乙醇生产成本偏高的关键因素,并对今后进一步研究工作提出了建议。

酶预处理对秸秆类原料厌氧发酵特性的影响

为探索经木霉培养液预处理的秸秆厌氧消化产气特性,利用实验室自制小型厌氧发酵装置,在中温(30±1)℃条件下,分别对经预处理的稻秸、麦秆和稻麦秆混合物进行批式厌氧发酵试验。结果表明:料液质量分数10%、接种物质量分数20%条件下经木霉培养液预处理过的秸秆产气量有明显提升,稻秸、麦秆、稻麦秆混合物总产气量分别达到14 555、15 103、17 130 m L;甲烷含量显著增长,平均甲烷体积分数分别为48.2%、45.4%和47.8%,较对照组提高205.1%、213.1%、214.5%。最高甲烷体积分数分别达60.5%、66.1%和66.8%;原料利用率较大提高,化学需氧量COD日均降解量分别为522.23、542.50、668.72 g/d,TS产气率分别达172.84、183.12、205.54 m L/g;其中经预处理后的稻麦秆混合物在产气量增加的前提下,大大缩短厌氧发酵时间(DT90:17 d)。发酵过程p H值、挥发性脂肪酸(VFA)变化情况均在正常范围。

厌氧发酵碱度和有机酸在线监测系统设计与实验

厌氧发酵过程中发酵液缓冲能力不足容易导致系统酸化,碱度是衡量发酵液缓冲能力的重要指标,其在线监测成为控制厌氧发酵过程稳定运行的重要手段。设计了一种基于碱度和有机酸(VFA)联合滴定的在线监测系统,详细介绍了基于LabVIEW的软件系统设计。该系统能够同时测定碱度和VFA,实现了pH值标定、微量液体自动滴定和补充、实时生成滴定曲线、自动分析计算等功能。实验验证结果表明:该系统具有快速测定发酵液碱度和VFA的能力,相对标准偏差基本在5%左右,低于手动滴定值,测定的准确度和精度较高。

低温冻融-酶解预处理对稻秆厌氧发酵产气特性的影响

为利用我国寒冷地区天然冷资源,在实验室模拟低温环境(Z组:-4℃,S组:-20℃),探索低温冻融及纤维素酶液预处理对水稻秸秆中温厌氧发酵产气特性的影响。结果表明,浸泡温度30℃、浸泡时间4 h、液固比15 m L/g条件下水稻秸秆持水力最佳。冷冻后解冻液中木糖质量(Z3组:6.5 g,S2组:7.2 g)大幅增加,半纤维素转化率(Z3组:24.1%,S2组:26.6%)增幅显著(p<0.05)。经纤维素酶解后其水解液中葡萄糖质量(Z3组:13.5 g,S2组:14.5 g)大幅增加,纤维素转化率(Z3组:30.9%,S2组:33.2%)增幅显著(p<0.05)。对预处理后的原料进行厌氧发酵,累计产气量最高543 m L,较CK提升73.5%(S4组),平均甲烷体积分数最高提升160.4%(S2组),且随着冷冻时间的延长(Z组48 h以上,S组24 h以上)厌氧发酵周期缩短(共19 d),产气高峰提早到来且峰值较高。过酸化现象得到有效缓解,能够更快地进入到甲烷化阶段。

小球藻在蔗渣酶解液中的异养生长及其脂肪酸生成

在高温液态水处理的甘蔗渣酶解过程中添加Tween80可使聚糖转化率提高11.4%。根据蔗渣酶解液中糖的种类及含量,用葡萄糖、木糖和纤维二糖标准品模拟蔗渣酶解液组成配制成相应的混合糖培养基,同时配制仅含葡萄糖的培养基,在有、无Tween80和BG11(Blue-Green 11)的条件下,考察小球藻在不同培养基中的异养生长及脂肪酸生成。结果显示Tween80对小球藻的生长具有抑制作用,纤维二糖也会影响小球藻的生长;小球藻在添加BG11的葡萄糖培养基中的生物量最高,为1.97 g·L^(-1),在添加BG11的蔗渣酶解液中的生物量高出未添加BG11的2倍,在含有Tween80和BG11的蔗渣酶解液中的总脂肪酸含量最高,达到6.90%,在所有培养基中产生的脂肪酸以C_(16:0)、C_(18:1)、C_(18:3)、C_(20:1)和C_(20:4)为主;培养基组成优化可进一步提高微藻生物量和油脂产量。

甲壳素及其衍生物的制备与抑菌活性研究

对从龙虾废弃物制备的甲壳素、壳聚糖及其衍生物甲壳低聚糖、氨基葡萄糖盐酸盐对3种G-菌与3种G+菌的抗菌活性进行了研究。MIC试验结果表明甲壳低聚糖、氨基葡萄糖盐酸盐对所有测试菌株的MIC均<0.01%,比甲壳素、壳聚糖表现出更高的抑菌活性。通过绘制生长曲线,对4种物质的抑菌活性进行研究,结果表明0.1%的壳聚糖能抑制64%的枯草芽孢杆菌和蜡样芽孢杆菌,说明杆菌属对壳聚糖比较敏感,甲壳低聚糖对G+菌都表现出较强的抑菌作用,氨基葡萄糖盐酸盐能完全抑制金黄色葡萄球菌的生长。甲壳素和壳聚糖对G-大肠杆菌、绿脓假单胞菌有一定的抑制作用,对沙门氏菌基本没有抑制作用。0.1%的甲壳低聚糖与氨基葡萄糖盐酸盐对几种G-菌的抑制作用较强。甲壳素和壳聚糖可作为较有效的抑菌剂,甲壳低聚糖与氨基葡萄糖盐酸盐可作为几种受试G-菌的杀菌剂。

OBE理念在化工原理实验教学中的实践与探讨

化工原理实验是化工原理课程的一个重要教学环节,对于培养学生的动手操作能力及工程观点起到重要作用。根据化工原理实验教学的特点,结合长期的教学实践,从化工原理实验教学理念的转变、课程体系的构建以及评价方式的改革等方面对OBE理念在化工原理实验教学中的应用进行了初步探讨。实践证明,OBE可有效促进学生工程应用能力的培养,这也为化工原理实验教学改革和人才培养模式的创新提供了新的参考。

纤维素酶的研究进展

纤维素酶作为一种高活性的生物催化剂,在纤维素类资源的利用方面収挥重要的作用。本文综述了纤维素的分子结构,纤维素酶种类及其作用机理,酶解反应动力学模型,影响纤维素酶高效酶解的因素以及酶解效率提高的措施,幵对纤维素酶研究存在的问题以及今后的収展作了迚一步的展望。

黑曲霉产纤维素酶发酵条件的优化及酶学性质研究

本文用单因素实验和响应面法对黑曲霉B3菌株产纤维素酶培养条件进行了优化,确定了黑曲霉B3产纤维素酶的最优条件:小麦秸秆2.5%,酵母膏2.0%,Mg SO40.1%,KH2PO40.1%,p H 6.3,31.58℃,发酵时间73.08h,接种量为8.004%,150 r/min振荡培养,此条件下黑曲霉B3发酵液的FPA酶活力为153.4 U/m L。将粗酶液初步纯化后,对纯化纤维素酶的酶学性质进行了初步研究,确定了其最适温度为60℃,最适p H值为6.0,Ca2+、Li+、K+等金属离子对其有激活作用,苯甲基磺酰氟(PMSF)对该酶强烈抑制,该酶对底物CMC的Km值和Vmax分别是24.0 mg/m L和0.09 mg/min。

色谱/质谱联用技术在水中有机物检测分析中的应用

综述了近年来色谱-质谱联用技术对水中农药类、抗生素类、环境激素类和挥发性有机物的检测应用。

里氏木霉Rut-C30发酵热水预处理稻草产纤维素酶

为提高工业生产菌Trichoderma reesei Rut-C30产酶能力,以热水预处理稻草(hot water pretreated rice straw,HWPRS)为碳源,开展系统优化培养基与培养条件以及采用添加剂等方面的实验工作。菌株初始摇瓶发酵HWPR产纤维素酶在168 h时滤纸酶活(FPA)为1.20 U/m L。通过单因素实验与正交实验,获得最佳培养基(g/L):HWPRS 50.0、玉米浆6.0、(NH_4)_2SO_44.0、KH_2PO_41.0、尿素0.2、MgSO_4·7H_2O 0.4、CaCl_20.3;最佳培养条件:pH6.0、转速220 r/min、温度30℃、接种量φ6%;优化后菌株产酶FPA达2.69 U/m L,是优化前2倍以上。添加吐温-80能显著提高产酶,β-葡萄糖苷酶活(BG)提高26%;添加乳糖主要能提高BG酶活;实验中首次发现壳聚糖类物质能促进纤维素酶发酵,其中壳聚糖效果最明显,添加1.5 g/L壳聚糖时纤维素酶FPA与BG分别提高了10%和30%,使纤维素酶FPA、CMCase和BG分别达到3.67、8.65和1.76 U/m L。该产酶稳定性为上罐实验证实,所产纤维素酶FPA水平是初始摇瓶发酵的3倍,初步显示了其工业发酵潜力。

耐热木聚糖酶和葡萄糖醛酸苷酶的共表达及应用

目的:提高海栖热袍菌(Thermotoga maritima MSB8)来源的木聚糖酶Xyn B和α-葡萄糖醛酸苷酶Agu A生产效率并降低生产成本。方法:利用基因重组技术将海栖热袍菌的Xyn B和Agu A基因置于不同表达盒下构建共表达载体p ET-20b-xyn B-agu A和p ET-28a-xyn B-agu A,分别转化大肠杆菌Escherichia coli JM109(DE3)进行诱导表达,获得双酶混合物进而水解桦木木聚糖及玉米芯。结果:重组菌E.coli JM109(DE3)/p ET-28a-xyn B-agu A比E.coli JM109(DE3)/p ET-20b-xyn B-agu A产酶更具优势,在LB培养基中诱导培养8 h,Xyn B和Agu A的产量分别达到7.6 U/m L和0.5 U/m L,在TB培养基中培养,Xyn B可达到10.27 U/m L,Agu A为1.5 U/m L。在80℃水解条件下,双酶比单一木聚糖酶能够更彻底降解桦木木聚糖,所得酶解液中木二糖的含量和纯度更高;从还原糖释放量及电子显微镜观察可以看出双酶液对农副产品玉米芯具有良好的降解作用。结论:Xyn B和Agu A基因(T.maritima)的克隆共表达具有可行性,并且在生物转化、食品工业和饲料生产等领域具有潜在应用前景。

菇-热-酶-肥新型栽培方式对大棚黄瓜形态、生理和产量的影响

为探究菇-热-酶-肥新型栽培方式的应用效果,以津优35黄瓜为试验材料,实行草菇-黄瓜轮作方式进行日光温室大棚栽培,以常规栽培的大棚黄瓜作为对照,测定黄瓜植株干物质累积、植株形态指标以及生理指标。与对照相比,菇-热-酶-肥处理后黄瓜的瓜、茎、叶均能够累积更多有机物,其叶片数、叶片长、叶片宽、节间距、株高、根部体积、侧根数、根鲜质量等形态指标显著高于对照,根系活力、硝酸还原酶活性等生理指标显著高于对照,但处理与对照黄瓜之间的叶绿素含量没有显著差异。说明该栽培方式不是通过增加叶绿素含量而是通过优化黄瓜植株的形态表现和改善植株生理功能来提高产量。

密孔菌固态发酵农业废弃物产漆酶活性的研究

分别以玉米秸秆、小麦秸秆和杨树木屑为原料,研究了一株密孔菌在发酵不同农业废弃物时漆酶的活性.结果表明,农业废弃物对密孔菌产漆酶具有良好的诱导效果,且以玉米秸秆的效果最佳,漆酶酶活可达40.92 U·mg^(-1).Cu^(2+)的存在或浓度变化显著影响密孔菌产酶,当添加0.02%Cu^(2+)时,菌株在小麦秸秆和木屑培养基上产酶活分别达到41.24 U·mg^(-1)和57.13 U·mg^(-1);当Cu^(2+)浓度为0.04%时,菌株在玉米秸秆培养基上分泌漆酶酶活达到峰值94.92 U·mg^(-1).p H值对密孔菌产漆酶有明显影响,在中酸性环境中菌株产漆酶酶活较高.菌株在小麦秸秆和玉米秸秆培养基上发酵产酶的最适温度较高,分别为35℃和40℃,且在整个发酵周期能维持较高较稳定的酶活水平.因此,密孔菌有很好产漆酶和降解农作物秸秆的能力,可用于农作物秸秆处理.

淮安市户用秸秆沼气技术应用实践及效益分析

阐述了淮安市户用秸秆沼气应用现状、主要推进措施,系统分析了户用秸秆沼气综合效益,对于推广秸秆沼气技术有一定的参考价值。

淮安市户用秸秆沼气技术体系研发现状及展望

根据近年来淮安地区试验、示范、推广研究成果,对户用秸秆沼气技术体系进行了较系统阐述,分析了目前亟待加强研究的技术领域,提出了下一步技术展望,对于推广秸秆沼气技术有重要的参考价值。

4种天然纤维素在氢氧化钠/尿素/水体系中的溶解差异

研究了棉短绒浆、竹浆、阔叶木浆和针叶木浆(均为溶解浆)的纤维素在氢氧化钠/尿素/水体系中的溶解差异,棉短绒浆和竹浆的纤维素溶解后可形成均一的液相体系,而阔叶木浆和针叶木浆的纤维素溶液有分层现象,说明同等条件下棉短绒浆和竹浆的纤维素溶解度较大。4种天然纤维素再生后聚合度和结晶度均有一定程度的降低,棉短绒浆和竹浆的纤维素聚合度从549、624降低至474、555,分别降低了13.6%和11.1%;而针叶木浆和阔叶木浆再生后纤维素的聚合度降低不明显,分别从1067、1460降低至989、1419,只降低了7.3%和2.8%;棉短绒浆和竹浆再生后纤维素结晶度降低的幅度比较大,从66.5%和79.7%降低到18.8%和31.8%,分别降低了71.7%和60.1%;阔叶木浆和针叶木浆再生后纤维素结晶度降低的幅度较小,从76.4%和70.4%降低至62.5%和54.7%,分别降低了18.2%和22.3%;阔叶木浆和针叶木浆的纤维素由于聚合度较大,该体系不能降低其结晶度,因而其溶解度小于棉短绒浆和竹浆的纤维素。处理前后纤维素的红外光谱图基本一致,说明纤维素在该体系溶解过程中并未引入新的基团,氢氧化钠/尿素/水体系为非衍生化纤维素溶剂;处理后,几种样品纤维素Ⅰ的峰强度降低甚至消失,纤维素Ⅱ的峰开始出现,说明用该体系进行处理可使纤维素晶体结构发生转变。

水稻秸秆和玉米芯栽培料对棕色蘑菇子实体营养成分的影响

测定水稻秸秆和玉米芯2种栽培料上生长的棕色蘑菇和双孢菇子实体中营养成分和氨基酸含量。采用蛋白营养评价方法,对2种蘑菇的营养价值进行全面评价。结果表明,水稻秸秆栽培料上生长的棕色蘑菇粗纤维和游离氨基酸含量较高,分别为12.46%和12.11%;玉米芯栽培料上生长的棕色蘑菇粗蛋白质含量高达45.03%;同种栽培料条件下棕色蘑菇粗蛋白质、灰分、粗纤维含量均高于双孢菇,但总糖、游离氨基酸及可溶性蛋白含量比双孢菇低。2种栽培料上生长的棕色蘑菇必需氨基酸种类齐全,玉米芯栽培料上生长的蘑菇氨基酸和必需氨基酸总量都高于水稻秸秆栽培料生长的蘑菇,其氨基酸含量比例都接近世界卫生组织/联合国粮食及农业组织推荐的理想模式,其第一限制氨基酸都为蛋氨酸+半胱氨酸,亮氨酸都为第二限制氨基酸;比较2种栽培料条件下的子实体蛋白质氨基酸评分、化学评分和营养指数,棕色蘑菇指标均比双孢菇高,且水稻秸秆为栽培料时,棕色蘑菇与双孢菇差异更显著。结果说明,玉米芯为栽培料上生长的棕色蘑菇营养价值优于水稻秸秆。

木质素原料制备烃类化合物的研究进展

木质素是由烷基化的甲氧基苯酚通过氧或碳连接的高度交联的大分子,可用于制备高附加值的燃料和化学品。以来源广泛的木质素为原料制备烃类化合物具有重要的研究价值和良好的应用前景。木质素催化热解是制备烃类化合物的主要方法之一,也是木质素降解研究中的重点和难点,已经受到了人们越来越广泛的重视。笔者概述了近年来木质素原料(含模型物)制备烃类化合物的研究成果,包括木质素转化烃类化合物的催化体系、溶剂体系、烃类化合物尤其是单环芳烃(MAHs)得率和选择性的调控以及利用木质素制备烃类化合物的其他方法,着重介绍了木质素催化裂化及催化加氢脱氧制备烃类化合物的催化体系,并总结了木质素在亚/超临界流体及离子液体中烃类转化的最新成果,最后对木质素制备烃类化合物的研究前景进行了展望,以期为生物质资源的综合利用提供参考。

5-羟甲基糠醛选择性加氢制备2,5-二甲基呋喃的研究进展

鉴于2,5-二甲基呋喃(DMF)优良的理化性质、重要的应用价值和广阔的市场前景,着重从氢气、甲酸、醇类和水等不同氢供体的角度入手,系统归纳和总结了自2007年以来5-羟甲基糠醛(HMF)选择性加氢制备DMF的催化反应体系及其最新的研究进展,并对今后HMF选择性加氢制备DMF的研究前景进行了展望。