玉米秸秆制备燃料乙醇的集成技术研究

175g蒸汽爆破玉米秸秆在底物质量浓度100 g/L,纤维素酶用量20 FPIU/g(以纤维素计)、β-葡萄糖苷酶用量3 IU/g(以纤维素计)下酶解48 h,酶解得率为74.89%;酶解液经固液分离,上清液浓缩用于高糖浓清液发酵,葡萄糖利用率为99.56%,乙醇得率为理论得率的94.50%;474.3 g酶解渣经酿酒酵母于酵母用量为每克酶解渣2.0×106个/克、30℃下固态发酵24 h再变温至36℃发酵42 h,反应体系中乙醇质量为11.59 g。175 g蒸汽爆破玉米秸秆经低底物浓度水解、高浓清液发酵、酶解渣固态变温发酵过程获得36.49 g乙醇,乙醇转化率为0.209 g/g(以蒸汽爆破玉米秸秆计)。

水洗脱毒酸性蒸汽爆破玉米秸秆制备乙醇(英文)

研究了水洗对酸性蒸汽爆破玉米秸秆抑制物脱除、酶水解性能和水解液发酵性能的影响。结果表明,固液比为1∶7.5(g∶mL,下同)的水洗能脱除50%以上的碳水化合物降解产物和70%以上的木质素降解产物,明显提高水解糖液发酵性能和降低发酵所需的酵母用量。蒸汽爆破预处理物料经固液比为1∶7.5的水洗,酶解、固液分离、蒸发浓缩后经酿酒酵母在用量为OD6003.84下发酵48 h,170.69 g/L葡萄糖被转化为80.67 g/L乙醇,乙醇产率为173 g/kg(以绝干预处理物料计,下同)。在固液比为1∶7.5的水洗后的带渣发酵中,106.64 g/L葡萄糖被转化为54.5 g/L乙醇,其乙醇产率为162.17 g/kg,其酵母用量为1.0×107cfu/mL(以酶解渣计)。

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37.17 g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)。

玉米秸秆半同步与同步糖化发酵的研究

于初始底物质量浓度100 g/L,酶解6 h、12 h分别补料50 g/L条件下,以总底物质量浓度200 g/L的绿液预处理玉米秸秆,先预酶解24 h后同步糖化发酵48 h,体系中乙醇质量浓度47.58 g/L,乙醇得率为0.42 g/g(以纤维素计,下同)。而不经预酶解直接同步糖化发酵72 h,体系中乙醇质量浓度48.57 g/L,乙醇得率为0.43 g/g。与基于补料预酶解的半同步糖化发酵相比,补料同步糖化发酵技术工艺简单,适合于高浓度底物绿液预处理玉米秸秆的生物转化。

碳水化合物降解产物对酿酒酵母乙醇发酵的影响

研究了木质纤维原料预处理产生的主要碳水化合物降解产物对酿酒酵母乙醇发酵的影响,以及酿酒酵母对玉米秸秆酶水解液的乙醇发酵。碳水化合物降解产物对酿酒酵母NLH13乙醇发酵毒性依次为:甲酸>乙酸>糠醛>羟甲基糠醛,酿酒酵母NLH13乙醇发酵可耐受的甲酸和乙酸质量浓度分别为1和4 g/L,酿酒酵母NLH13在2～10 g/L范围内对糠醛和羟甲基糠醛有较强的耐受力。葡萄糖浓度为184.90 g/L的玉米秸秆酶水解液经酿酒酵母NLH13发酵24 h,糖利用率98.30%、乙醇质量浓度81.95 g/L和乙醇得率为88.41%。

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。

两步法预处理对杨木酶水解及木质素吸附性能的影响

研究了不同的两步法预处理对杨木酶水解和木质素吸附性能的影响,结果显示:未处理原料中木质素为29.05%,其酶水解得率仅为15.24%;蒸汽爆破一步法预处理后物料中木质素为34.88%,酸性基团仅为10.16 mmol/kg,酶水解得率为56.88%,预处理过程中木质素几乎没有脱除,因此未能回收作为吸附剂使用。碱性氧化-蒸汽爆破和碱性磺化-蒸汽爆破两步法预处理后物料中木质素减少至21.06%和17.68%,酸性基团增加至101.34和107.69 mmol/kg,酶水解得率由一步法的56.88%提高至74.38%和81.09%,两步法预处理脱除了原料中50%左右的木质素,经回收可作为重金属离子吸附剂使用,对Pb(Ⅱ)的最大吸附量分别为158.73和142.86 mg/g。分析表明:碱性磺化-蒸汽爆破两步法预处理既可大量脱除木质素,增强纤维素酶水解,又可对木质素进行改性,提高木质素对重金属离子Pb(Ⅱ)的吸附性能。

两步法预处理脱除木质素对杨木酶水解的影响

以杨木片为原料,采用两步法预处理脱除木质素后,对原料进行酶水解,对杨木表观结构、理化特征及酶水解结果进行考察。实验结果显示:相较于一步法蒸汽爆破(SE)预处理,碱性磺化-蒸汽爆破(AS-SE)和碱性氧化-蒸汽爆破(AO-SE)预处理后均可脱除50%左右的木质素,并且显著增加了物料中的酸性亲水基团如磺酸基和羧酸基含量,纤维素可及度分别提高至132.04和119.10mg/g。傅里叶红外光谱(FT-IR)结果表明碱性磺化和碱性氧化后,木质素结构中出现了亲水性功能基团(羟基、羧基和磺酸基),扫描电镜(SEM)结果表明两步法预处理后的物料表面出现开裂分层、层层剥落的现象。AS-SE预处理后,杨木纤维素酶水解率高达81.09%,原料糖得率达到73.72%。两步法预处理可对木质素进行选择性脱除和改性,改变了木质素理化特性及表观结构,增强了纤维素酶水解效果。