竹材酶水解制备单糖的预处理研究进展

糖类是生物体的基本营养物质和重要组成成分,糖平台化合物指糖类经生物或化学转化而来的基本化学物质,并可进一步转化为高价值的生物基化学品或材料。利用资源量大、生长周期短的竹材制备单糖,进而开发一系列生物基糖平台化合物,前景广阔。竹材可通过绿色、环保、可持续的生物酶水解工艺制备单糖,其中最关键的步骤是预处理,要求成本合理、废液处理过程简便环保,且木质素能够有效利用。本研究综述近10年来预处理对竹材酶水解制备单糖的影响,从反应机理、底物收率、底物中纤维素含量、酶水解性能和糖降解生成发酵抑制物等角度,概括总结物理法、化学法、物理化学法、共晶溶剂法、有机溶剂法和其他方法等预处理方法的优势和不足。基于绿色高效转化利用的目标,建议竹材预处理制备单糖要综合考虑预处理工艺、生物酶制剂、竹种、竹龄和木质素高值化利用等因素,并提出未来竹材生物炼制技术的研究方向:1)竹材的致密和坚硬结构是影响其高效预处理的重要因素,需探索系统的低耗能破碎方法;2)研发具备廉价、绿色、工艺简便和降解产物少的预处理药剂以及符合竹材结构特性的预处理方法;3)研发竹材木质素高值化利用关键技术与工艺,推进竹材原料全化学组分利用。

竹材催化转化制备5-羟甲基糠醛的研究进展

5-羟甲基糠醛(HMF)是一种重要的平台化合物,是制取生物液体燃料和其它许多重要精细化工品的前驱体,由生物质制备HMF是生物质资源综合利用的研究热点之一。竹子具有生长快、成材周期短、产量高、一次种植即可连年持续利用的优点,而且竹材中含有大量的纤维素,纤维素水解可以转化得到葡萄糖,而葡萄糖经脱水反应可以制备HMF。因此,以竹材为原料催化转化制备HMF具有原料资源丰富和技术路线绿色可行的优势。为了实现竹材到HMF的高效转化,催化体系的设计和选择是关键因素。本文对近年来利用竹材催化转化制备HMF的研究进行了综述,主要从竹材的原料组成及特性出发,首先对竹材的化学组成和微观结构进行分析,再进一步阐述催化转化机理。特别是对均相催化剂、非均相催化剂和其他催化剂等不同催化剂类型对催化竹材转化制备HMF的影响机制进行了详细分析,同时也对溶剂体系的选择进行了探讨。最后,结合发展趋势,指出了其未来发展方向,为竹材制备HMF技术的发展与工业应用探索提供建设性意见。

竹材催化转化制备乙酰丙酸(酯)研究进展

中国竹资源丰富,但在实际生产过程中其加工剩余物并未得到充分利用,而乙酰丙酸(酯)作为环境友好且可持续的化学品具有广阔的应用前景,在化工生产过程中利用竹材制备乙酰丙酸(酯)具有很大的潜力。文章回顾了竹材制备乙酰丙酸(酯)的催化转化方法,对近年来竹材催化转化制备乙酰丙酸(酯)的研究进行了综述。从催化转化机理、产物收率、影响因素等角度对Bronsted酸、离子液体、固体酸以及金属盐等4种催化体系的特点进行了分析和对比,概括总结了不同转化方法的优势和不足,并根据现有转化方法中仍存在着的产品高效分离困难、催化剂污染较大以及副产物难以利用等问题,对未来研究方向提出展望,以期为今后的研究提供参考。

竹材半纤维素提取及其解聚过程研究进展

在当前碳达峰、碳中和的目标下,开发制备高附加值的半纤维素化学品具有广阔的应用前景,而且对人类社会可持续发展具有重要意义。但半纤维素由于其复杂和不均一的结构致使研究和利用受到限制,存在着易降解、收率低、纯化困难、成本高等问题。因此,如何提高木质纤维原料中半纤维素及其解聚产物的提取率成为研究的热点与重点。文章对近年来提取半纤维素及其解聚产物的研究进行了综述,简述了提取半纤维素的不同预处理方法,并分析了一定的降解方法得到半纤维素的解聚产物——木寡糖和木糖;在此基础上,为研究竹材半纤维素提取技术与工业应用提出了建议;最后,结合发展趋势,特别是针对竹材应用领域,指出了未来半纤维素及其解聚产物的发展方向。

甲醛/二氧六环预处理慈竹制单糖及乳酸

以慈竹为原料,研究了甲醛/二氧六环预处理对竹材纤维素酶水解糖得率的影响,并探索了酶水解液发酵生产乳酸工艺。研究结果表明:该预处理可以脱除木质素,大幅提高预处理得到的底物中纤维素的含量,纤维素质量分数可达75.6%~90.7%;预处理后底物酶水解的葡萄糖最高得率为92.8%;酶水解液可以直接用于发酵生产乳酸,葡萄糖转化为乳酸得率可以达73.2%。借助扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)仪和离子色谱仪等手段分析预处理前后竹材结构的变化情况,发现预处理后竹材表面卷曲,蜡质几乎被完全溶解脱除,结构疏松。