常压甘油有机溶剂预处理甘蔗渣的浓醪酶解

为了实现木质纤维素浓醪酶解在低酶载量时的"三高"(高浓度、高转化率和高转化效率),通过利用常压甘油有机溶剂预处理甘蔗渣为底物,筛选合适的基质质量浓度(150 g/L)、纤维素酶添加量(6 FPU/g基质)和添加剂(吐温80,30 mg/g基质)。接着采用分批补料策略使基质质量浓度达到350 g/L,考察了不同加酶方式对分批补料浓醪酶解的影响。酶解72 h酶解液葡萄糖质量浓度达到132 g/L,葡萄糖转化率达到了理论值的60%。结果表明,常压甘油有机溶剂预处理基质具有较好的可酶解性,添加吐温80可以显著提高酶解效率。常压甘油有机溶剂预处理甘蔗渣的分批补料浓醪酶解推动了纤维素乙醇浓醪发酵工业化进程。

非离子表面活性剂对木质纤维素酶解的促进作用

纤维素酶单位酶活力较低、酶用量较高及酶自身易失活等因素依然是木质纤维素工业生产能源和生物基产品的瓶颈性问题。本文尝试在木质纤维素基质水解时添加一些非离子型表面活性剂以减少纤维素酶用量,并对这些非离子型表面活性剂促进酶解效率提高的原因进行了初步探讨。研究发现,添加非离子性表面活性剂能提高木质纤维素的酶解,添加浓度为0.05 g/g底物,常压甘油自催化预处理麦草经过添加两种非离子表面活性剂Tween-80和PEG 6000后葡萄糖产量分别可提高20%左右;非离子表面活性剂对不含木质素的原料酶解产糖也有较大的提高,以滤纸为底物时葡萄糖产量提高近90%,以微晶纤维素为底物时分别提高70%以上;添加非离子表面活性剂使得酶解体系中扩散系数k升高,异相反应效率提高,酶促反应动力学Km值明显减小,显著提高底物对纤维素酶的亲和力。

木质纤维素原料的高沸点有机溶剂预处理

针对小分子有机溶剂预处理时存在的不足,该文对高沸点有机溶剂预处理木质纤维素以提高其可酶解性进行了探索。以常见高沸点有机酸和醇进行汽爆麦草预处理时发现,酸比醇类的预处理作用强,但选择性没有醇类好;高沸点醇类在高温预处理汽爆麦草时,它的酶解率比低温时显著提高,由27%～35%提高为48%～54%,但纤维素明显发生降解,高沸醇预处理后纤维素含量为原汽爆麦草相应的85%～90%,其中甘油预处理选择性最好;原麦草经常压甘油预处理(T≥200℃)后纤维素保留在90%以上,基质酶解率可达70%。通过实验最终寻找到一种适合于构建常压有机溶剂预处理的高沸点溶剂-甘油,为构建新型有机溶剂预处理方法提供了希望。

提高麦草可酶解性的常压甘油自催化预处理

针对小分子有机溶剂预处理时存在的缺陷,尝试高沸点甘油预处理木质纤维素以提高其可酶解性的研究。通过对预处理时一些关键参数进行初步优化,获得适宜预处理条件为:质量分数70%甘油溶液、液固比(麦草与甘油水溶液的质量比)20、蒸煮温度230℃和保温1 h;麦草纤维素保留率约92%,木质素脱除率达74%;常压甘油自催化预处理麦草在纤维素酶5FPU/g干底物时4,8 h纤维素酶解转化率为41.3%。结合电镜观察和红外光谱分析,初步认为常压甘油自催化预处理通过脱除木质纤维素原料中不利于纤维素酶解的组分及打破其致密不均一结构,从而提高了木质纤维素的可酶解性。