一、木质纤维素预处理技术研究进展(论文文献综述)
杨开宇,林常枫[1](2021)在《畜禽粪污厌氧发酵预处理技术研究进展》文中指出畜禽粪污中含有大量木质纤维素和氨氮,会抑制厌氧发酵进程并减少甲烷产量。为提高厌氧过程甲烷产量,分析了物理、化学、生物3个类型预处理技术的原理和特点,论述了各类技术的发展现状和应用前景。分析认为:生物预处理技术具有成本低、能耗低、环境友好等优点,应用前景最好;建议筛选培育高效的生物预处理菌种,开发以生物处理为主的复合预处理技术;在解除氨抑制方面,可进一步培育高活性耐氨厌氧微生物菌群,提高反应物TS浓度和发酵容积负荷,从而在保证甲烷产量的同时降低发酵设施规模和沼液产生量。
丁冉[2](2021)在《木质纤维素预处理强化酶水解及绿色分离工艺研究》文中提出现如今化石燃料的使用对环境造成了非常大的破坏,全球对于能源的需求也在不断扩大。与化石能源相比,木质纤维素资源是一种极具发展潜力的环境友好型资源。然而,木质纤维素各组分之间复杂且稳定的化学交联,也给其的综合利用带来了许多困难。因此,需通过预处理破坏木质纤维素的复杂结构,强化酶水解进程。本文分别采用四丁基氢氧化磷(TBPH)水溶液和超临界二氧化碳(scCO2)对玉米芯和玉米秆进行了预处理,并对最佳工艺参数进行考察和优化。首先,采用TBPH水溶液预处理方法,以酶水解糖收率、半纤维素和木质素的回收率等作为评价指标。通过单因素实验和响应面分析考察预处理时间(0.5-2 h)、温度(20-80℃)、TBPH水溶液浓度(10-40 wt%)和液固比(4-9 wt/wt)对预处理和组分分离效果的影响,并得到最佳的工艺条件。对于玉米芯原料,最佳的预处理条件为:预处理时间1 h、温度57℃、TBPH水溶液浓度10 wt%和液固比7 wt/wt,在此条件下获得的酶水解糖收率为90.75%,与未预处理原料酶水解糖收率的22.5%相比,约提高4倍;最佳的组分分离条件为:预处理时间1 h、温度60℃、TBPH水溶液浓度20 wt%和液固比6 wt/wt。对应条件下半纤维素和木质素回收率分别为41.22%和54.77%;对于玉米秆原料,最佳的预处理条件为:预处理时间1 h、温度80℃、TBPH水溶液浓度20 wt%和液固比7 wt/wt。对应条件下酶水解糖收率为80.84%,与未预处理原料酶水解糖收率的17.7%相比,约提高4.6倍。此外,TBPH水溶液通过回收再利用发现,经过5个批次的使用后酶水解糖收率还能保持在70%以上,具有良好的可回收性。其次,使用scCO2预处理方法,以酶水解糖收率作为评价指标,考察压力(35-45Mpa)、时间(1-24 h)、温度(40-70℃)和含水量(0-85 wt%)对预处理效果的影响。对于玉米芯原料,得到最佳的预处理条件为:预处理压力40 Mpa,时间1 h,温度50℃和含水量75 wt%。在此条件下获得的酶水解糖收率为51.28%,与未预处理原料酶水解糖收率的22.5%相比,增长率高达128%;对于玉米秆原料,得到最佳的预处理条件为:预处理压力40 Mpa,时间4 h,温度60℃,含水量75 wt%。在此条件下获得的酶水解糖收率为51.65%,与未预处理原料酶水解糖收率的17.7%相比,增长率高达192%。结合高效液相色谱分析、傅里叶红外光谱分析、X射线衍射分析和扫描电子显微镜表征手段,对预处理前后样品的组分含量、官能团、纤维素晶体结构和表面形貌进行了分析。结果表明经过TBPH水溶液预处理后,木质纤维素原料中的半纤维素和木质素被显着去除;经过scCO2预处理后,木质纤维素原料中的半纤维素被显着去除,而木质素含量变化不大。此外,经过这两种预处理方法处理后纤维素的纯化程度均有所升高。玉米芯和玉米秆原本致密的表面形貌被破坏,使纤维素的可及性大大提高,从而强化酶水解进程。结合实验结果和表征分析提出高压低温条件下scCO2预处理机理。
杨莉[3](2021)在《预处理对植物细胞壁微观结构及理化性质影响的研究》文中进行了进一步梳理植物细胞壁是世界上最丰富的碳源,酶解后产生大量葡萄糖和木糖等单糖,可被微生物发酵后产生乙醇、丁醇等燃料和化学品,因此被认为是化石能源的理想替代原料。植物细胞壁复杂的成分和致密的结构是阻碍其转化的关键因素,预处理能够打破植物细胞壁的天然抗性,显着提高酶解转化率。本课题主要研究了碱过氧化氢预处理(Alkaline hydrogen peroxide pretreatment,AHP)、水热预处理(Hydrothermal pretreatment)和低共熔溶剂预处理(Deep eutectic solvents,DES)这三种方法对以玉米秸秆为代表的植物细胞壁微观结构和理化性质的影响,并且探究了预处理前后植物细胞壁微观结构和理化性质的变化与酶解转化率之间的相关性。本论文主要研究内容与结果如下:1.预处理对玉米秸秆化学成分及酶解转化率的影响对预处理前后玉米秸秆的主要化学成分和酶解转化率进行分析,发现预处理后的玉米秸秆的化学成分含量发生了显着的变化,酶解转化率也显着提高。经过碱过氧化氢预处理后的玉米秸秆木质素含量降低了63.0%,半纤维素含量降低较少,纤维素基本没有损失,葡聚糖转化率提高了139.8%。水热预处理后的玉米秸秆半纤维素含量降低了65.0%,木质素含量降低的不明显,纤维素略有损失,葡聚糖转化率提高了71.8%。低共熔溶剂预处理后的玉米秸秆半纤维素含量降低了50.0%,木质素含量降低了43.5%,纤维素略有损失,葡聚糖转化率提高了74.5%。2.预处理对玉米秸秆微观结构和理化性质的影响使用傅里叶红外光谱、X射线衍射仪、热重分析仪、X-射线光电子能谱仪、电子扫描显微镜、ζ电位和粒度检测仪等分析检测手段对预处理前后的玉米秸秆样品的微观结构和理化性质进行表征。结果显示,预处理后玉米秸秆样品的比表面积明显增加,结晶度、ζ电位绝对值、持水力和膨胀度也明显变化,酶解效果与玉米秸秆的比表面积、结晶度、ζ电位绝对值、持水力和膨胀度呈正相关。预处理改变了玉米秸秆的结构和性质使其更利于酶解的原因在于预处理除去了部分木质素和半纤维素,破坏了各组分之间的氢键相互作用,暴露出的纤维素富集于表面,增加了与纤维素酶的接触面积,减少了对纤维素酶的非生产性吸附。3.使用凝胶色谱-多角度激光光散射仪(Size-exclusion chromatography with multiangle-light-scattering and refractive-index detector,SEC-MALLS-RI)和粒度仪分析了预处理前后玉米秸秆酶解产物的分子量、分散系数和酶解残渣的粒度分布情况。结果表明,水热预处理、DES预处理和AHP预处理后的玉米秸秆酶解残渣的中值粒径从425μm降至325μm、290μm和250μm,酶解产物中分子量较大,酶解不彻底的物质所占比较少,这说明预处理后的样品酶解得更加充分彻底,验证了预处理能够有效提高葡萄糖转化率的结论。
王乐[4](2021)在《基于有机酸体系下的生物质预处理及其酶解特性的研究》文中指出经济社会的迅速发展使得化石能源消耗加剧,资源的日益枯竭制约人类社会的可持续发展,寻找新型可再生的能源成为当务之急。生物质能源作为新型绿色能源之一在替代传统化石能源方面拥有巨大潜力。生物质预处理阶段是生物炼制以及转化工艺的基础和关键,也面临着诸多难题。本文主要围绕有机酸体系对生物质的预处理研究,对基于对甲苯磺酸(p-TsOH)溶剂体系下的木质纤维素(杨木)原料组分分离、酶解、发酵以及高附加值木质素的提取进行了研究讨论。(本文所涉及预处理条件:C代表酸浓度,T代表温度,t代表时间。)本文的具体研究如下:第一部分提出了以p-TsOH为预处理溶剂结合超声处理的物理-化学方法,研究了超声辅助处理对纤维物料酶解特性以及乙醇转化的影响。本研究整合了两种预处理工艺特点,经济且高效。高强度的预处理(C80T80t30)所得纤维物料酶解效率高达93.61±3%,而经10 s超声处理后的纤维物料酶解效果更为显着。因此,较温和的条件(C80T80t15)所得纤维物料经超声辅助处理后能够达到高强度预处理条件下的酶解效果,最终酶解效率达93.36±2%,木质素与半纤维素的脱除率分别为59.00%和83.30%,预处理效果良好,所得木质素表现出优良特性。所得纤维物料经发酵后乙醇转化率可达81.87±3.91%。第二部分提出了p-TsOH/甲醛体系协同预处理的方法,探究了该体系下的预处理效果、纤维物料酶解特性以及木质素结构变化,在高效预处理的同时减少了木质素分离过程中的恶性缩合,促进高附加值木质素的提取。甲醛在预处理中可减少木质素缩合反应,木质素的表征结果证实了甲醛的保护作用机制;此外甲醛会与单糖反应,影响纤维素的酶解效果,故将甲醛用量控制在1.5%,减少过多的甲醛对酶解过程产生不良影响。最佳预处理条件:C80T80t30、甲醛含量1.5%,该条件下木质素和半纤维素脱除率分别67.10%和83.80%左右,所得纤维物料最终酶解效率达到85.5%,后续乙醇转化率最高达82.9±2.2%。此预处理策略基本可行,促进了生物质有效转化和综合利用。第三部分提出p-TsOH/氯酸盐体系的预处理策略,探究该体系下的预处理效果、纤维素酶解特性与所得木质素的性质及两者的表观变化。预处理时,少量氯酸盐(次氯酸钠、亚氯酸钠)的加入能够促进半纤维素尤其是木质素的溶出。在最佳条件下,木质素和半纤维素脱除率分别为84.33%和76.79%左右;并且在低温(80℃)、短时(45 min)条件下实现了纤维物料的漂白,白度可达60.1。纤维物料最终所得酶解效率为89.6±1.9%,乙醇转化率最大为82.31±1.1%。木质素表征结果显示苯环结构或被氧化开环生成新的基团。此法相比单独的有机酸预处理,酸的浓度降低;而与传统浆料漂白工艺相比,该体系回避了高温复杂工艺过程。此策略优势在于将预处理所得纤维物料的漂白与木质素的提取同时进行,并且有效促进糖、乙醇的转化。
季晖龙[5](2021)在《酶法转化玉米芯制备低聚木糖及其残渣的高值化利用研究》文中提出低聚木糖(XOS)是一种超级益生元,具有改善食品风味、优化肠道菌群、预防肠胃癌变等功效,在食品、药品等领域备受关注。XOS一般以木质纤维素为原料,通过预处理组合酸或酶水解的工艺制备得到。由于酶催化具备反应条件温和、能耗低、催化效率高等优点,酶法制备XOS成为目前研究的热点。本文首先通过构建高效的预处理体系,实现木质纤维素三大组分的有效分离并得到可用于酶法制备XOS的半纤维素溶液。在此基础上,选育得到高产木聚糖酶的菌株,通过发酵条件优化、木聚糖酶分离纯化、以及酶法降解木聚糖制备XOS工艺优化等过程,建立了绿色环保、成本低廉的XOS的生产工艺。最后,利用分步糖化发酵工艺将纤维素固体残渣发酵制备生物乙醇,实现了木质纤维素主要组分的高值化利用。主要研究结果如下:(1)构建了低浓度助溶剂对甲苯磺酸(p-TsOH)协同氧化剂预处理体系,实现了木质素和半纤维素的高效脱除以及溶剂体系中木质素的回收,并显着提高了玉米秸秆(CS)的酶水解效果。通过反应条件的探索和优化,确定了该体系的最佳预处理条件为:p-TsOH(25wt%)和H2O2(0.4 g/g CS),在100℃下反应30 min。预处理后木质素去除率为88.9%,预处理底物的酶解还原糖产率可达96.1%。(2)成功从土壤中分离得到一株胞外分泌木聚糖酶的米曲霉菌株TR08。通过单因素实验优化其发酵条件,确定了TR08产酶的最优条件为:在180 r/min、32℃下,发酵液初始pH 7.5,发酵156 h。发酵结束后,发酵液中酶活最高达1264 IU/m L。此外,TR08所产木聚糖酶的最适反应温度和pH值分别为55℃和5.0,pH稳定性高,其催化活性可通过添加0.25 m M的Fe3+进行调节,相较于空白样品酶催化活性可提高15%。(3)以玉米芯为原料,构建了水热预处理组合酶法制备XOS的工艺,实现了半纤维素的高度降解,显着提高了XOS的产量。采用单因素法和正交法实验设计,确定了最优工艺条件为:第一步,设置玉米芯与水固液比1:15 w:v,在180℃下反应60 min;第二步,调节上述反应液pH至7,每毫升反应液添加15 IU/m L的酶液,在55℃下反应2 h。基于此过程,以玉米芯生产XOS的产率可达181.7 g XOS/kg玉米芯。最后,将残余的玉米芯固体进行酶水解和发酵,其酶水解还原糖产率可达87.1%,该糖化液发酵后乙醇产率占理论产率的94.9%。
武新星[6](2021)在《吸附型灰分对麦草水热预处理影响机制的研究》文中进行了进一步梳理农作物秸秆的合理利用是我国实现乡村振兴和践行可持续发展战略的重要途径之一。麦草及其造纸备料废弃物麦糠通过生物炼制技术可以制备纤维素乙醇等各种生物基化学品。木质纤维素原料本身存在天然紧密的结构致使纤维素酶水解的效率受到限制,酶水解得率低。采用温和、绿色的水热法预处理对麦草等木质纤维原料进行预处理,可以有效地提高木质纤维原料的纤维素酶水解得率并联产得到高附加值的低聚木糖,增加生物炼制的经济效益。而麦糠原料中所夹杂大量的吸附型灰分是制约麦糠高效水热预处理效能的关键因素。尽管麦糠中吸附型灰分对水热预处理性能的影响可以通过预水洗的方式除去,但水耗量巨大,工艺复杂。发展一种或多种原料利用率高、工艺简单并实用性强的水热预处理方法来提高预处理麦糠纤维素酶水解得率并联产低聚木糖得率是破解麦糠水热法高效生物炼制瓶颈的有效路径。本论文对吸附型灰分在麦草水热预处理过程中影响机制开展研究,发展了消除富含吸附型灰分的麦糠水热预处理过程中所形成的缓冲体系的方法并阐述其作用机理。论文结果将为高灰分纤维素废弃物开展水热预处理高效制备生物质糖联产低聚木糖的研究提供理论基础和技术指导。主要研究结果如下:(1)麦草水热预处理体系中添加吸附型灰分明显抑制水热预处理弱酸性反应环境的形成,不利于水热预处理对木聚糖的脱除作用,显着降低低聚木糖产量和预处理物料的酶水解性能。在麦草水热法预处理参数为固液比1:10、温度180°C和预处理时间40 min的条件下,当水热预处理体系中吸附型灰分添加量从0 g/L增加到100 g/L时,预处理液p H值从3.8提高到4.8,低聚木糖浓度从初始的8.8 g/L降低到5.0 g/L,纤维素酶的可及性大幅度降低,纤维素酶水解得率从84.9%降低至66.3%。吸附型灰分的主要组分中不溶性矿物含量最高,占82.4 wt%。不溶性矿物所吸附的K+、Na+、Ca2+、Mg2+等离子可以与水热预处理所产生的游离H+发生阳离子交换反应而被缓冲,约为吸附型灰分酸缓冲能力的60.4%。不溶性矿物对麦草水热预处理性能的影响最大,将100 g/L吸附型灰分中的不溶性矿物添加至麦草水热预处理中,预处理物料的纤维素酶水解得率仅为58.4%。(2)选取不溶性矿物主要成分二氧化硅、可溶性盐(主要成分磷酸钠)和有机质(主要成分腐殖酸钠)为典型的吸附型灰分模型化合物,更好地理解不同的缓冲体系对于麦草水热预处理的作用机制。三种模型化合物中,在溶液中的缓冲能力依次为磷酸钠>腐殖酸钠,二氧化硅没有缓冲作用。不溶性矿物中的主要组分二氧化硅由于不存在可被交换的K+、Na+、Ca2+、Mg2+等离子,几乎对麦草水热预处理没有影响。吸附型灰分模型化合物的缓冲作用使得麦草水热预处理弱酸性环境减弱,木聚糖的脱除率大幅度的下降致使纤维素的可及性降低,预处理麦草的纤维素酶水解得率低。当磷酸钠和腐殖酸钠为30 g/L时,预处理麦草的纤维素酶水解得率仅为47.3%和57.7%。水热预处理体系中腐殖酸钠除了发生缓冲作用外,其复杂的弱酸性大分子化合物的理化性质降低了H+在溶液中的活泼度。当磷酸钠和腐殖酸钠为30 g/L时,预处理麦草的木聚糖脱除率从未添加模型化合物的从81.0%分别降低到61.4%和43.0%,预处理液中低聚木糖浓度从8.8 g/L分别降低到4.9 g/L和2.8 g/L。此外,腐殖酸钠的添加将促进麦草水热预处理木质素的溶出,当腐殖酸钠的浓度为10 g/L,水热预处理麦草的木质素脱除率可达43.7 wt%。(3)吸附型灰分所吸附的阳离子可与水热预处理中生成的H+发生交换反应而被缓冲。不同阳离子的交换能力存在差异,阳离子交换能力由大到小顺序依次为:Fe3+>Al3+>H+>Ca2+>Mg2+>NH4+>K+>Na+。采用在麦糠水热预处理过程中添加比H+交换能力更强的Al3+和Fe3+,消除麦糠水热预处理所形成的缓冲体系,使水热预处理弱酸性反应环境增强。交换性金属盐Fe3+和Al3+的引入可以使得麦糠水热预处理液的p H值下降,麦糠的酸缓冲能力和阳离子交换能力显着降低,麦糠水热预处理的弱酸性环境得到增强。通过追踪金属盐在预处理液和预处理物料中的迁移,揭示了麦糠金属盐预处理的阳离子交换反应机理。从联产低聚木糖的角度,FeCl3是适宜的交换性金属盐添加剂。当添加20 mmol/L FeCl3至麦糠水热预处理中,预处理液中低聚木糖浓度可从2.8 g/L提高至6.2 g/L,而添加AlCl3则没有明显提升。与此同时,当FeCl3的浓度从0增加至20 mmol/L时,预处理麦糠的纤维素酶水解得率从49.7%增加至66.6%。1.0 kg麦糠可以制备60.6 g的葡萄糖并联产62.0 g低聚木糖。添加交换性金属盐可有效消除吸附型灰分在预处理过程中形成的缓冲体系,且工艺简单,生物质糖和低聚木糖产量最高。(4)吸附型灰分在麦糠水热预处理过程中所形成良好的胶体缓冲体系使得麦糠水热预处理过程中氢离子的数量和活泼程度显着降低。通过添加0~3 vol%的过氧化氢至麦糠的水热预处理中,可以有效破坏吸附型灰分缓冲体系的胶体环境,增强麦糠水热预处理的酸性环境,消除缓冲体系。当麦糠水热预处理体系中添加过氧化氢的添加量从0增加到3.0%时,葡聚糖回收率从94.3%下降到80.6%,木聚糖脱除率从68.1%提高到88.3%,木质素脱除率从16.5%分别提高到28.6%。当过氧化氢的浓度为2 vol%时,预处理液中低聚木糖浓度为6.6 g/L,预处理麦糠的纤维素酶水解得率可达84.0%。从联产低聚木糖的角度,2 vol%为最适浓度。1.0 kg麦糠可以得到66.0 g低聚木糖和218.2 g葡萄糖。在该预处理条件下,过氧化氢的降解产物仅为水和氧气,不会产生有害物质,更为绿色、环保。该法对麦糠缓冲体系的消除效果更加明显,低聚木糖溶出率和预处理物料的纤维素酶水解得率均大幅度提高。
欧阳水平[7](2021)在《凝结芽孢杆菌在杉木生物炼制中的应用及其抗逆机制的研究》文中进行了进一步梳理杉木是我国主要的人工速生林资源,每年有大量的杉木加工剩余物产生未得到有效利用。杉木加工剩余物的资源化利用属于林业工程领域研究方向,其主要组分纤维素、半纤维素和木质素经过化学及生物转化转变为单糖、乳酸等平台化合物及酚类等化工品可以有效提高废弃资源利用度并减轻环境压力。然而,杉木作为典型针叶材,木质纤维结构具有极强的生物拮抗性,生物炼制过程面临预处理效率不高、酶解困难和较强预处理条件产生大量抑制物严重影响微生物发酵两大科学问题,限制了其产业推进。本文以杉木加工剩余物为研究对象,以杉木木屑全组分高效转化为目标,开展木质纤维解聚过程各组分脱除规律研究,通过联合预处理在克服杉木高顽固性酶解屏障同时,实现杉木三大组分梯级拆分,并在此基础上定向驯化凝结芽孢杆菌,实现对半纤维素和纤维素的高效转化制备乳酸,并初步探索了生物精炼剩余物氧化木素的性质和应用潜力,同时对凝结芽孢杆菌菌株抗逆的分子生物学机制和关键基因元件进行解析,成功构建高抗逆菌株。主要结果如下:(1)单一预处理无法实现杉木木屑中半纤维素和木质素的同步移除,半纤维素和木质素脱除存在交互作用,半纤维素的存在影响木质素的脱除,采取优先脱除半纤维素策略有利于杉木木屑预处理木质素的溶出。建立稀硫酸-亚氯酸钠联合预处理(DSASCP)可实现纤维素、半纤维素和木质素组分梯级拆分。半纤维素组分主要在第I稀酸阶段选择性溶出,脱除率为92.3%;木质素主要在第II氧化段选择性拆分,溶出率为93.2%;纤维素组分主要以固形物形式存在,DSASCP处理后的固形物中葡聚糖含量为79.3%,半纤维素3.1%,木质素含量6.3%。(2)杉木木屑酶解糖化的限制性因素首先是木质素脱除率,其次是半纤维素脱除率,建立了基于半纤维素和木质素脱除率的杉木酶解经验模型,该模型具有较高可信度,可用于杉木物料酶解性能的预测。DSASCP联合预处理物料具有优异的酶解性能和可发酵性。总底物浓度为160 g/L葡聚糖的预处理底物采用补料方式酶解,水解液中葡萄糖浓度可达138.8 g/L,酶解率为77.7%。采用S.cerevisiae NL22对酶解液进行发酵,12 h乙醇浓度为64.6 g/L,为理论转化率的93.2%。(3)以含有多种抑制物的真实稀酸预处理液为驯化压力通过适应性驯化获得可利用45%预处理液发酵制备乳酸的高抗逆性B.coagulasn CC17A。利用B.coagulasn CC17A建立生物质一锅法生产乳酸工艺,预处理、酶解糖化和发酵在同一反应器进行,无需固液分离和水洗脱毒,80 g小麦秸秆可生产乳酸35.5 g,为理论碳水化合物生产乳酸的70.9%。(4)从代谢水平和转录水平分析研究B.coagulans CC17A的抗逆机制。B.coagulans CC17A除了具有呋喃醛和酚醛还原能力,还具有酚酸脱羧转化能力。转录组分析显示B.coagulans CC17A共有331个基因在环境胁迫下出现显着差异表达,主要涉及转运体和跨膜转运体、需要辅因子蛋白、氧化还原过程和膜组分。B.coagulans CC17A的抗逆机制包括ABC跨膜运送蛋白、氧化呼吸链中细胞色素C氧化酶和血色素合成相关基因表达增强和应激高盐环境的硫转运和降解代谢通路整体上调。(5)以B.coagulans DSM1为宿主菌株构建凝结芽孢杆菌过表达体系,筛选转录显着上调表达的氧化还原酶以及酚酸脱羧酶,研究其影响菌株酚醛和酚酸抗逆的分子机理。RS25280作为酚酸脱羧酶在酚酸抗逆中起主导作用,过表达不仅可促进凝结芽孢杆菌在非氧化状态下降解酚酸从而提升对酚酸耐受,还首次发现酚酸脱羧酶的存在有利于香草醛的转化,通过间接形式促进香草醛转化为低毒物质;RS25275作为氧化还原酶过表达对紫丁香醛转化促进最明显,在酚醛抗逆中其主导作用。凝结芽孢杆菌非氧化脱羧和氧化还原酶还原过程对酚酸和酚醛降解具有交互影响。(6)结合联合预处理和高抗逆菌株形成杉木木屑生物精炼集成技术。建立基于两段预处理的稀酸预处理液回用技术,可节约酸液使用量54%,提高半纤维素水解液糖浓2.80倍;以高抗逆B.coagulans CC17A分别对拆分后的半纤维素和纤维素组分进行乳酸发酵。在不脱毒情况下,B.coagulans CC17A直接以100%杉木稀酸回用水解液为碳源发酵,糖酸转化率为79.9%,通过分批补料同步糖化发酵利用预处理底物,乳酸浓度最高可达128.8 g/L。最终3 kg杉木木屑经过预处理、纤维素和半纤维素发酵共可生产乳酸1.1 kg,通过调节p H选择性沉淀可获得0.49 g O-lignin。结构分析显示氧化木素β-O-4醚键被大幅度破坏、苯环之间β-β和β-1连接键被打开,断裂严重,但仍然保留了部分苯环结构,以愈创木基为主,为后续热解聚生产高选择性的愈创木酚产品提供空间。
关键[8](2021)在《复合细菌系预处理玉米秸秆厌氧发酵产气潜能研究》文中指出玉米秸秆空间结构稳定,难以被厌氧消化所利用。为提高农业废弃物的利用率,解决玉米秸秆利用率低的问题,探讨了自主筛选木质纤维素分解复合菌系对不同木质纤维素材料分解效果及产气潜力,并对复合细菌系进行鉴定。发酵周期为15天,通过p H、玉米秸秆的减重、酶活性、木质纤维素的含量、SCOD含量、挥发性脂肪酸含量和产甲烷量等指标评价玉米秸秆的分解效果,采用高通量测序技术研究微生物多样性。本实验综合了物理化学生物预处理方法,并对不同预处理方式进行比较,结果表明:自主筛选复合细菌系对滤纸等简单结构纤维素材料和玉米秸秆均有显着降解效果。滤纸结构较玉米秸秆简单且与玉米秸秆同为木质纤维素材料,复合细菌系对滤纸进行降解,3天滤纸开始裂解,6天完全破碎,失重率达76%,脱脂棉预处理7天失重率达85%。复合细菌系预处理20目玉米秸秆粉产甲烷效果最佳,半纤维素降解率为35.2%,纤维素降解率为23.7%,木质素降解率为37.1%。内切酶和外切酶在第5天活性达到最高0.033 IU/m L和0.035 IU/m L,β-葡萄糖苷酶逐渐上升,第7天达到峰值0.032 IU/m L后开始下降,木聚糖酶从降解开始到结束均呈现上升趋势,第9天达到峰值0.045 IU/m L。锰过氧化物酶和木质素过氧化物酶逐渐升高第5天活性最高达到11.47 IU/m L和7.25 IU/m L,漆酶一直呈现上升趋势第9天达到峰值12.52 IU/m L。经复合细菌系预处理的20目玉米秸秆粉甲烷产量达262.5 m L/g TS,比未预处理的20目玉米秸秆粉产甲烷体积提升60.6%,日产甲烷高峰提前2天。较公认最佳产气粒径40目玉米秸秆粉产气提升49.8%,日产甲烷高峰提前2天。较黄孢原毛平革菌预处理的颗粒状玉米秸秆产甲烷提升48.4%。较Na OH预处理段状秸秆产甲烷提升96.6%。微生物菌群分析:通过限制性培养条件和连续传代培养,筛选获得了一组有效分解玉米秸秆的复合细菌系,利用高通量测序技术对复合菌群降解体系样品的细菌组成进行分析,发现变形菌门(Proteobacteria)和厚壁菌门(Firmicutes)是复合细菌系门水平上优势细菌类群。从属水平分类,假单胞菌属(Pseudomonas)和鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)为属水平上优势菌群。鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)是一类丰富的新型微生物资源,可用于芳香化合物包括纤维素类材料的生物降解。复合细菌系检测出的菌门与菌属均可分泌纤维素酶,都具备木质纤维素降解能力。
竹源[9](2021)在《低共熔溶剂预处理及酶解木质纤维素的研究》文中进行了进一步梳理木质纤维素来源广泛,是一种廉价、可再生资源。它主要由纤维素、半纤维素和木质素组成。传统的预处理方式易造成资源浪费和环境污染,本论文采用新型绿色低共熔溶剂(Deep Eutectic Solvents,DES)预处理木质纤维素,分别对AlCl3/甘油DES预处理甘蔗渣,Fe Cl3/氯化胆碱、Fe Cl3/甘油、Fe Cl3/氯化胆碱/甘油DES和不同氢键受体/乳酸DES预处理玉米秸秆进行了研究。主要结果如下:(1)对AlCl3/甘油DES预处理甘蔗渣的条件进行了优化,在最优条件下,木质素和木聚糖的去除率分别达到46.89%和95.31%。预处理固体残渣酶解48小时,葡萄糖产率为65.14%,比未处理甘蔗渣提高了4.4倍。预处理溶剂循环利用四轮,预处理效果保持较好。比较了一锅法酶水解与传统酶水解的效果,发现预处理溶剂中的高浓度甘油对酶水解有强烈的抑制作用。(2)详细研究了Fe Cl3/氯化胆碱、Fe Cl3/甘油、Fe Cl3/氯化胆碱/甘油DES预处理玉米秸秆的效果,发现Fe Cl3/氯化胆碱预处理效果最好。考察了预处理得到的木质素对酶水解的影响,发现添加木质素都能促进酶水解。进一步研究发现,不同预处理木质素的结构、表面电荷和与纤维素酶之间疏水相互作用是促进酶水解的主要原因。(3)以不同取代基和链长的季铵盐为氢键受体,以乳酸为氢键供体合成了11种DES并对其物理化学性质对进行了表征。结果发现,在相同预处理和酶水解条件下,DES中氢键受体的取代基和链长显着影响其预处理效果。短链和羟基取代基对DES预处理效果有促进作用,氢键受体的链长越长,体系内部的氢键网络结构越密集,导致DES黏度高、电导率低、α值降低释放质子能力下降,预处理效果变差。羟基取代基具有较高的α值,释放质子能力强,可以促进催化断裂木质素与纤维素、半纤维素之间的醚键或酯键,导致木质素的脱除,提高预处理效果。
李烜琦[10](2021)在《木质纤维素降解菌的筛选及其应用研究》文中进行了进一步梳理木质纤维素是世界上最丰富的可再生资源,将其转化可生成为新型材料、生物燃料或其他高效益产品,具有巨大的应用潜能。但其结构交联复杂,难以被降解利用。大量的木质纤维素被焚烧,不但造成了资源的浪费,也导致了环境污染;难以降解的木质纤维素废弃物堆积,不仅侵占土地,还会导致微生物与病虫害大量繁殖。因此寻找合适的木质纤维素处理方法就尤为重要。纤维素复合酶可将木质纤维素水解为还原糖,进一步利用转化为生物燃料,反应条件温和且经济可行和生态友好而受到越来越多的关注,成为目前的研究热点。纤维素酶的主要来源就是自然界中的微生物,因此,筛选出高效降解木质纤维素的菌株具有实际意义。本研究通过采集土壤样品、富集、初筛、复筛分离,筛选出一株纤维素酶活力较高的菌株,经过形态学与分子生物学鉴定,鉴定其为黑曲霉,最终命名为Aspergillus niger Q7。对菌株的产酶条件进行优化,最终确定该菌株的最适产酶条件:碳源为3%稻草粉末、氮源为1.5%蛋白胨、初始p H值为5.0,发酵温度为30℃。此时菌株的FPA酶活力达到23.02 U/ml,并绘制菌体生长曲线和酶活力变化曲线。随后将降解前后的纤维素残渣进行分析测定。SEM结果显示降解后的稻草表面结构明显被破坏,结构松散;FTIR结果显示,降解后代表木质纤维素分子间氢键的谱带减弱,氢键的破坏影响了木质纤维素的结构,半纤维素、木质素的特征峰也有不同程度的减弱;XRD结果表明部分非结晶成分析出;TGA与DTG结果表明,降解后的稻草的分解温度和最大降解温度均有所提高。说明菌株A.niger Q7对稻草具有良好的降解作用。将菌株A.niger Q7产生的酶进行了初步的纯化,测定A.niger Q7纤维素酶最适水解条件:A.niger Q7纤维素酶水解的最适p H为6.0,最适水解温度为50℃,FPA酶活力为24.05 U/ml。使用1%氢氧化钠溶液对稻草进行预处理,对预处理前后的稻草进行观察分析。SEM结果表明预处理有效的打开了稻草的结构,接触面积增大;FTIR结果表明经预处理后的稻草木质素特征峰和纤维素分子间氢键被破坏;XRD结果显示预处理后稻草结晶度由18.51%提升至43.36%。使用NREL方法对其进行成分分析,结果表明预处理后稻草纤维素含量有所上升,半纤维素、木质素含量有所下降。使用A.niger Q7纤维素酶在最适水解条件下水解稻草,结果表明预处理后的稻草在接下来酶水解的过程中产生的还原糖含量较处理前提高了47.5%,说明预处理有利于后续纤维素酶的水解作用。
二、木质纤维素预处理技术研究进展(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、木质纤维素预处理技术研究进展(论文提纲范文)
(1)畜禽粪污厌氧发酵预处理技术研究进展(论文提纲范文)
0 引言 |
1 粪污中木质纤维素预处理技术 |
1.1 预处理的必要性 |
1.2 物理预处理 |
1.2.1 机械预处理 |
1.2.2 蒸汽爆破 |
1.2.3 加热法 |
1.3 化学预处理 |
1.3.1 酸法预处理 |
1.3.2 碱法预处理 |
1.4 生物预处理 |
1.5 联合预处理 |
2 粪污中高浓度氨氮预处理技术 |
2.1 预处理的必要性 |
2.2 物理预处理 |
2.2.1 发酵物浓度稀释 |
2.2.2 原料混合发酵 |
2.2.3 气提脱氨法 |
2.3 化学预处理 |
2.4 生物预处理 |
3 结论 |
(2)木质纤维素预处理强化酶水解及绿色分离工艺研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 木质纤维素结构与组成 |
1.3 木质纤维素综合利用 |
1.4 预处理方法 |
1.4.1 物理法 |
1.4.2 化学法 |
1.4.3 生物法 |
1.4.4 物理化学法 |
1.4.5 离子液体预处理与组分分离 |
1.5 研究目标及主要研究内容 |
1.5.1 研究目标 |
1.5.2 主要研究内容 |
2 木质纤维素预处理及组分分离 |
2.1 实验材料和仪器 |
2.1.1 木质纤维素原料 |
2.1.2 实验材料和仪器 |
2.2 实验方法 |
2.2.1 基于离子液体的木质纤维素预处理及组分分离 |
2.2.2 基于scCO_2的木质纤维素预处理 |
2.2.3 样品酶水解 |
2.2.4 酶水解还原糖含量测定及糖收率的计算 |
2.2.5 表征与分析 |
2.3 本章小结 |
3 四丁基氢氧化磷水溶液预处理及组分分离 |
3.1 四丁基氢氧化磷水溶液预处理玉米芯 |
3.1.1 单因素试验 |
3.1.2 响应面分析 |
3.1.3 样品组分表征 |
3.1.4 TBPH水溶液预处理木质纤维素机理 |
3.1.5 碱处理对预处理与组分分离的影响 |
3.1.6 TBPH水溶液的回收再利用 |
3.1.7 离子液体经济性分析 |
3.2 四丁基氢氧化磷水溶液预处理玉米秆 |
3.2.1 单因素试验 |
3.2.2 样品组分表征 |
3.3 本章小结 |
4 超临界二氧化碳预处理 |
4.1 超临界二氧化碳预处理玉米芯 |
4.1.1 压力和时间的影响 |
4.1.2 原料质量与CO_2体积的影响 |
4.1.3 含水量的影响 |
4.1.4 温度的影响 |
4.1.5 scCO_2对不同种类原料预处理效果的对比 |
4.1.6 表征与分析 |
4.2 超临界二氧化碳预处理玉米秆 |
4.2.1 压力和时间的影响 |
4.2.2 含水量的影响 |
4.2.3 温度的影响 |
4.2.4 表征与分析 |
4.3 超临界二氧化碳预处理机理 |
4.4 scCO_2预处理与TBPH水溶液预处理比较分析 |
4.5 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
附录A 基于DNS比色法的葡萄糖标准曲线 |
攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
致谢 |
(3)预处理对植物细胞壁微观结构及理化性质影响的研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 木质纤维素转化燃料乙醇的发展现状 |
1.1.1 国外发展现状 |
1.1.2 国内发展现状 |
1.2 木质纤维素生产燃料乙醇的技术路线 |
1.2.1 木质纤维素的组成 |
1.2.2 木质纤维素的预处理 |
1.2.3 木质纤维素预处理过程中产生的抑制物及其抑制机理 |
1.2.4 酶解和发酵 |
1.2.5 木质纤维素生物转化过程中存在的问题 |
1.3 论文的选题背景 |
1.4 论文的主要研究内容 |
第2章 预处理对植物细胞壁微观结构的影响 |
2.1 实验材料和设备 |
2.1.1 原料及试剂 |
2.1.2 仪器 |
2.2 实验方法 |
2.2.1 成分分析 |
2.2.2 玉米秸秆碱过氧化氢预处理 |
2.2.3 玉米秸秆酸碱-水热联合预处理 |
2.2.4 玉米秸秆低共熔溶剂预处理 |
2.2.5 酶解 |
2.2.6 扫描电子显微镜分析 |
2.2.7 比表面积分析 |
2.2.8 红外分析 |
2.3 结果与讨论 |
2.3.1 三种水热法对酶解转化率的影响 |
2.3.2 预处理前后木质纤维素主要化学成分的分析 |
2.3.3 预处理前后玉米秸秆酶解转化率的分析 |
2.3.4 预处理前后玉米秸秆样品比表面积的分析 |
2.3.5 预处理前后玉米秸秆的红外光谱分析 |
2.4 本章小结 |
第3章 预处理对玉米秸秆理化性质的影响 |
3.1 实验材料和仪器 |
3.1.1 材料 |
3.1.2 仪器 |
3.2 实验方法 |
3.2.1 预处理和酶解 |
3.2.2 结晶度测定 |
3.2.3 ζ电位测定 |
3.2.4 持水力和膨胀度测定 |
3.2.5 表面元素分析 |
3.2.6 热重分析 |
3.3 结果与讨论 |
3.3.1 预处理前后玉米秸秆的结晶度分析 |
3.3.2 预处理前后玉米秸秆的ζ电位分析 |
3.3.3 预处理前后玉米秸秆的持水力和膨胀度的分析 |
3.3.4 借助XPS技术对预处理前后玉米秸秆表面元素的分析 |
3.3.5 预处理前后玉米秸秆的热重分析 |
3.4 本章小结 |
第4章 玉米秸秆预处理前后酶解残渣和酶解产物的研究 |
4.1 实验材料及仪器 |
4.1.1 材料 |
4.1.2 仪器 |
4.2 实验方法 |
4.2.1 玉米秸秆的酶解 |
4.2.2 酶解残渣的粒度分析 |
4.2.3 不同分子量的酶解产物的分析 |
4.2.4 酶解残渣的红外分析 |
4.2.5 酶解残渣的热重分析 |
4.3 结果与讨论 |
4.3.1 预处理对酶解残渣结构和性质的影响 |
4.3.2 预处理对酶解残渣粒度分布和酶解产物分子量的影响 |
4.4 本章小结 |
第5章 总结与展望 |
5.1 总结 |
5.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
在学校期间主要科研成果 |
(4)基于有机酸体系下的生物质预处理及其酶解特性的研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 生物质概述 |
1.2.1 生物质简介 |
1.2.2 木质纤维素的结构特点 |
1.3 木质纤维素的预处理技术 |
1.3.1 物理法 |
1.3.2 化学法 |
1.3.3 物理-化学法 |
1.3.4 生物法 |
1.3.5 联合预处理 |
1.4 生物质的转化 |
1.5 糖化发酵制备乙醇研究现状 |
1.6 本文的选题目的意义 |
第2章 木质纤维素p-TsOH/超声预处理及酶解特性的研究 |
2.1 引言 |
2.2 实验部分 |
2.2.1 实验原料及试剂 |
2.2.2 实验仪器 |
2.3 实验方法 |
2.3.1 p-TsOH/超声辅助预处理及组分测定 |
2.3.2 预处理底物的酶解及发酵 |
2.3.3 木质素的分离 |
2.4 木质素的表征 |
2.4.1 红外光谱分析(FTIR) |
2.4.2 热重分析(TGA) |
2.4.3 二维核磁共振分析(2D HSQC NMR) |
2.4.4 磷谱分析(~(31)P NMR) |
2.4.5 分子量分析(GPC) |
2.5 结果与讨论 |
2.5.1 预处理后的组分分析 |
2.5.2 纤维物料的酶解 |
2.5.3 木质素表征结果 |
2.5.4 发酵制备乙醇(QSSF) |
2.6 本章小结 |
第3章 木质纤维素p-TsOH/甲醛预处理及酶解特性的研究 |
3.1 引言 |
3.2 实验部分 |
3.2.1 实验原料及试剂 |
3.2.2 实验仪器 |
3.3 实验方法 |
3.3.1 p-TsOH/甲醛预处理 |
3.3.2 纤维物料的酶解及发酵 |
3.4 木质素表征 |
3.4.1 红外光谱分析(FTIR) |
3.4.2 热重分析(TGA) |
3.4.3 二维核磁分析(2D HSQC NMR) |
3.4.4 分子量分析(GPC) |
3.5 结果与讨论 |
3.5.1 预处理及酶解 |
3.5.2 木质素表征结果 |
3.5.3 发酵制备乙醇(Q-SSF) |
3.6 本章小结 |
第4章 木质纤维素p-TsOH/氯酸盐预处理及酶解特性研究 |
4.1 引言 |
4.2 实验部分 |
4.2.1 实验原料及试剂 |
4.2.2 实验仪器 |
4.3 实验方法 |
4.3.1 p-TsOH/氯酸盐体系预处理及组分分析 |
4.3.2 纤维物料的酶解与发酵 |
4.4 木质素表征 |
4.4.1 红外光谱分析(FTIR) |
4.4.2 热重分析(TGA) |
4.4.3 二维核磁分析(2D HSQC NMR) |
4.4.4 分子量分析(GPC) |
4.5 结果与讨论 |
4.5.1 预处理后的组分分析 |
4.5.2 纤维物料的表征 |
4.5.3 纤维物料的酶解 |
4.5.4 木质素表征结果 |
4.5.5 发酵制备乙醇(Q-SSF) |
4.6 本章小结 |
第5章 结论与展望 |
5.1 主要结论 |
5.2 创新点 |
5.3 展望 |
参考文献 |
致谢 |
在学期间主要科研成果 |
(5)酶法转化玉米芯制备低聚木糖及其残渣的高值化利用研究(论文提纲范文)
中文摘要 |
abstract |
1 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 木质纤维素 |
1.2.1 纤维素 |
1.2.2 半纤维素 |
1.2.3 木质素 |
1.3 木质纤维素的预处理 |
1.3.1 物理预处理 |
1.3.2 化学预处理 |
1.3.3 物理化学预处理 |
1.3.4 生物预处理 |
1.4 低聚木糖的制备 |
1.4.1 低聚木糖 |
1.4.2 制备低聚木糖的原料 |
1.4.3 制备低聚木糖的方法 |
1.5 木聚糖酶 |
1.5.1 木聚糖酶的种类 |
1.5.2 生产木聚糖酶的微生物 |
1.6 本文的研究内容及创新点 |
1.6.1 本文的研究内容 |
1.6.2 本文的创新点 |
2 低浓度助溶剂对甲苯磺酸协同氧化剂预处理玉米秸秆的研究 |
2.1 引言 |
2.2 实验原料、试剂和仪器 |
2.2.1 原材料 |
2.2.2 实验药品 |
2.2.3 实验设备 |
2.3 实验方法 |
2.3.1 预处理 |
2.3.2 组分分析 |
2.3.3 酶水解 |
2.3.4 预处理底物酶水解液发酵产乙醇 |
2.3.5 木质素的提取和表征 |
2.3.6 预处理液的重复回用 |
2.3.7 分析方法 |
2.4 结果与讨论 |
2.4.1 p-TsOH协同不同氧化剂的预处理效果 |
2.4.2 p-TsOH/H_2O_2预处理后CS的化学成分分析及酶水解效果 |
2.4.3 酶水解液发酵产乙醇性能 |
2.4.4 预处理后固体的表征分析 |
2.4.5 反应液中木质素的回收和分析表征 |
2.4.6 反应液重复回用 |
2.5 小结 |
3 高产木聚糖酶菌株的选育、发酵条件优化及酶学性质研究 |
3.1 引言 |
3.2 实验原料、试剂和仪器 |
3.2.1 土样 |
3.2.2 培养基 |
3.2.3 实验药品 |
3.2.4 实验设备 |
3.3 实验方法 |
3.3.1 菌种的初筛 |
3.3.2 菌种的复筛 |
3.3.3 木糖标准曲线的制作 |
3.3.4 酶活力测定方法 |
3.3.5 菌株产酶进程测定 |
3.3.6 硫酸铵分级沉淀 |
3.3.7 SDS-PAGE |
3.3.8 发酵初始pH和温度优化 |
3.3.9 酶学性质研究 |
3.4 结果与讨论 |
3.4.1 产木聚糖酶的菌株筛选结果 |
3.4.2 TR08 菌株的鉴定 |
3.4.3 18S rDNA序列分析 |
3.4.4 产酶进程测定 |
3.4.5 培养温度和pH的影响 |
3.4.6 硫酸铵分级沉淀 |
3.4.7 SDS-PAGE |
3.4.8 酶学性质研究 |
3.5 小结 |
4 玉米芯水热预处理组合酶法制备低聚木糖的研究 |
4.1 引言 |
4.2 实验原料、试剂和仪器 |
4.2.1 原材料 |
4.2.2 实验药品 |
4.2.3 实验仪器 |
4.3 实验方法 |
4.3.1 水热预处理 |
4.3.2 组分分析 |
4.3.3 固体残渣酶水解 |
4.3.4 固体残渣酶水解液发酵产乙醇 |
4.3.5 酶法制备XOS |
4.3.6 分析方法 |
4.4 结果与讨论 |
4.4.1 水热预处理前后玉米芯及反应液化学成分分析 |
4.4.2 水热预处理前后玉米芯固体表征 |
4.4.3 固体残渣酶水解及酶水解液发酵产乙醇性能 |
4.4.4 酶法制备XOS的条件优化 |
4.4.5 正交实验优化酶法制备XOS条件 |
4.5 小结 |
5 结论与展望 |
5.1 结论 |
5.2 展望 |
参考文献 |
攻读学位期间研究成果 |
致谢 |
(6)吸附型灰分对麦草水热预处理影响机制的研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
abstract |
第一章 文献综述 |
1.1 前言 |
1.2 木质纤维原料化学组成与结构 |
1.2.1 纤维素 |
1.2.2 半纤维素 |
1.2.3 木质素 |
1.2.4 灰分 |
1.3 我国生物乙醇发展现状 |
1.4 原料预处理技术 |
1.4.1 生物预处理 |
1.4.2 物理预处理 |
1.4.3 化学预处理 |
1.4.3.1 酸法预处理 |
1.4.3.2 碱法预处理 |
1.4.3.3 有机溶剂预处理 |
1.4.3.4 水热法预处理 |
1.4.3.5 新型预处理方法 |
1.5 木质纤维素酶水解及其影响因素 |
1.5.1 纤维素结晶度 |
1.5.2 半纤维素的物理化学屏障 |
1.5.3 木质素对纤维素酶水解的影响 |
1.5.4 纤维素对纤维素酶的可及性 |
1.6 麦糠基于水热法预处理的生物化学加工转化瓶颈 |
1.6.1 麦糠 |
1.6.2 土壤缓冲作用 |
1.6.3 现有技术的不足与问题的难点 |
1.7 论文的主要研究内容 |
1.7.1 研究目的 |
1.7.2 研究内容 |
1.7.3 技术路线 |
第二章 吸附型灰分缓冲体系形成机理及其影响因素 |
2.1 材料与方法 |
2.1.1 主要仪器 |
2.1.2 相关试剂 |
2.1.3 原料 |
2.1.4 水热法预处理 |
2.1.5 纤维素酶水解 |
2.1.6 分析方法 |
2.2 结果与讨论 |
2.2.1 吸附型灰分浓度对麦草水热预处理的影响 |
2.2.2 麦草水热预处理弱酸性环境减弱对酶水解和纤维素可及性的影响 |
2.2.3 吸附型灰分组成对麦草水热预处理的影响及机理 |
2.3 本章小结 |
第三章 吸附型灰分组分模型化合物对麦草水热预处理的影响 |
3.1 材料与方法 |
3.1.1 主要仪器 |
3.1.2 相关试剂 |
3.1.3 原料 |
3.1.4 水热法预处理 |
3.1.5 纤维素酶水解 |
3.1.6 电导率的测定 |
3.1.7 分析方法 |
3.2 结果与讨论 |
3.2.1 吸附性灰分模型化合物对麦草自水解液性质的影响 |
3.2.2 吸附型灰分模型化合物对水热预处理麦草化学组成的影响 |
3.2.3 吸附型灰分模型化合物对水热预处理麦草纤维素酶水解性能和纤维素可及性的影响 |
3.3 本章小结 |
第四章 交换性金属盐消除麦糠水热预处理缓冲体系的研究 |
4.1 材料与方法 |
4.1.1 主要仪器 |
4.1.2 相关试剂 |
4.1.3 原料 |
4.1.4 麦糠水热预处理 |
4.1.5 纤维素酶水解 |
4.1.6 元素分析 |
4.1.7 分析方法 |
4.2 结果与讨论 |
4.2.1 交换性金属盐对麦糠水热预处理的影响 |
4.2.2 交换性金属盐消除麦糠水热预处理缓冲体系的机制 |
4.2.3 麦糠制备生物质糖联产低聚木糖的物料衡算 |
4.3 本章小结 |
第五章 过氧化氢消除麦糠水热预处理缓冲体系的研究 |
5.1 材料与方法 |
5.1.1 主要仪器 |
5.1.2 相关试剂 |
5.1.3 原料 |
5.1.4 水热预处理 |
5.1.5 纤维素酶水解 |
5.1.6 过氧化氢浓度的测定 |
5.1.7 紫外-可见光全波长扫描 |
5.1.8 分析方法 |
5.2 结果与讨论 |
5.2.1 过氧化氢消除麦糠水热预处理缓冲体系的机理 |
5.2.2 过氧化氢对麦糠水热预处理的影响 |
5.2.3 基于添加过氧化氢的麦糠制备生物质糖联产低聚木糖的物料衡算 |
5.3 本章小结 |
第六章 论文的结论与创新 |
6.1 结论 |
6.2 特色与创新 |
6.3 课题展望 |
攻读学位期间发表的学术论文 |
参考文献 |
(7)凝结芽孢杆菌在杉木生物炼制中的应用及其抗逆机制的研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 杉木剩余物研究现状 |
1.2.1 杉木木质纤维素的结构 |
1.2.2 杉木剩余物的利用现状 |
1.2.3 预处理 |
1.3 凝结芽孢杆菌生物炼制乳酸研究 |
1.3.1 凝结芽孢杆菌简介 |
1.3.2 凝结芽孢杆菌发酵特性 |
1.3.3 利用木质纤维素为原料发酵生产乳酸研究进展 |
1.4 木质纤维原料发酵中的抑制物脱毒 |
1.4.1 抑制物的种类和来源 |
1.4.2 木质纤维素抑制物消除策略与方法 |
1.4.3 微生物对木质纤维来源抑制物的抗逆机制 |
1.5 杉木生物炼制存在的问题 |
1.6 研究目的与研究内容 |
1.6.1 研究目的 |
1.6.2 研究内容 |
第二章 杉木各组分梯级拆分规律研究和联合预处理工艺建立 |
2.1 引言 |
2.2 材料与方法 |
2.2.1 仪器与设备 |
2.2.2 原料与菌株 |
2.2.3 相关试剂 |
2.2.4 培养基 |
2.3 实验方法 |
2.3.1 原料预处理方法 |
2.3.2 纤维素酶水解 |
2.3.3 酵母培养及乙醇发酵 |
2.4 分析方法 |
2.4.1 生物质化学成分分析 |
2.4.2 杉木物料性质分析 |
2.4.3 物料结构分析 |
2.4.4 可溶性单糖和乙醇定量分析 |
2.4.5 拟合分析 |
2.5 结果与讨论 |
2.5.1 稀硫酸预处理对杉木组分拆分的影响 |
2.5.2 亚氯酸钠预处理杉木组分拆分的影响 |
2.5.3 联合预处理法对物料各组分梯级拆分的影响 |
2.5.4 半纤维素脱除与木质素脱除的交互作用 |
2.5.5 不同预处理拆分效率和物料性能评估 |
2.5.6 杉木组分对酶解性能影响的评估 |
2.5.7 杉木酶解预测模型的建立 |
2.5.8 DSASCP预处理条件优化 |
2.5.9 预处理杉木物料酶解糖化发酵性能评估 |
2.6 本章小结 |
第三章 凝结芽孢杆菌适应性驯化及一锅法发酵乳酸 |
3.1 引言 |
3.2 材料与方法 |
3.2.1 仪器与设备 |
3.2.2 原料与菌株 |
3.2.3 相关试剂 |
3.2.4 培养基 |
3.3 实验方法 |
3.3.1 小麦秸秆稀酸预处理液的制备 |
3.3.2 适应性驯化实验 |
3.3.3 稀酸水解液发酵实验 |
3.3.4 同步糖化发酵产乳酸 |
3.3.5 纤维素酶水解实验 |
3.3.6 化学成分分析与检测 |
3.4 结果与讨论 |
3.4.1 B.coagulans CC17适应性驯化 |
3.4.2 B.coagulans CC17A水解液发酵性能评估 |
3.4.3 CC17A原位脱毒耦合同步糖化发酵的“一锅法”设计策略 |
3.4.4 B.coagulans CC17A在小麦秸秆生物炼制中的优势分析 |
3.5 本章小结 |
第四章 B.coagulans CC17A对稀酸预处理液的转录组响应和抗逆机制研究 |
4.1 引言 |
4.2 材料与方法 |
4.2.1 仪器与设备 |
4.2.2 菌株和培养基 |
4.2.3 主要试剂和药品 |
4.3 实验方法 |
4.3.1 菌体活化及发酵液处理 |
4.3.2 RNA提取及纯化 |
4.3.3 RNA样品的质量检测 |
4.3.4 cDNA文库构建及检测 |
4.3.5 cDNA文库测序 |
4.4 结果与讨论 |
4.4.1 B.coagulans CC17A的生长曲线 |
4.4.2 凝结芽孢杆菌RNA提取及鉴定 |
4.4.3 转录谱测序及测序数据评估 |
4.4.4 不同培养基条件下基因表达水平分析 |
4.4.5 水解液毒性与膜蛋白和物质转运系统 |
4.4.6 抑制物降解与生物氧化还原过程 |
4.4.7 预处理液中硫根离子的转化机制 |
4.4.8 预处理液中木质素降解物转化有关基因 |
4.5 本章小结 |
第五章 Bacillus coagulans抗逆基因功能验证及其分子机理解析 |
5.1 引言 |
5.2 材料与方法 |
5.2.1 实验菌株及主要试剂 |
5.2.2 实验仪器 |
5.2.3 质粒及引物 |
5.2.4 培养基 |
5.3 实验方法 |
5.3.1 B.coagulans CC17A基因组提取及检测 |
5.3.2 B.coagulans DSM1感受态细胞制备与电转 |
5.3.3 B.coagulans DSM1过表达体系建立 |
5.3.4 目的基因的克隆与重组质粒构建 |
5.3.5 大肠杆菌及凝结芽孢杆菌重组菌的构建 |
5.3.6 重组凝结芽孢杆菌抗逆性评价 |
5.3.7 检测与分析方法 |
5.4 结果与讨论 |
5.4.1 B.coagulans DSM1过表达体系启动子筛选 |
5.4.2 过表达重组凝结芽孢杆菌B. coagulans DSM1的构建 |
5.4.3 过表达重组凝结芽孢杆菌的抗逆性初筛 |
5.4.4 重组菌株DSM1-pNw33n-P43-RS25280的抗逆性 |
5.4.5 重组菌株DSM1-pNw33n-P43-RS25275的抗逆性 |
5.4.6 重组凝结芽孢杆菌真实水解液发酵 |
5.5 本章小结 |
第六章 基于B.coagulans CC17A的杉木木屑生物精炼 |
6.1 引言 |
6.2 材料与方法 |
6.2.1 仪器与设备 |
6.2.2 原料 |
6.2.3 相关试剂 |
6.2.4 培养基 |
6.3 实验方法 |
6.3.1 稀酸回用的杉木木屑二段预处理方法 |
6.3.2 半纤维素回用水解液发酵 |
6.3.3 同步糖化发酵 |
6.3.4 分批补料同步糖化发酵 |
6.3.5 氧化断裂木质素回收 |
6.3.6 木质素提取 |
6.4 分析方法 |
6.4.1 单糖及乳酸定量检测 |
6.4.2 水相溶剂分子量测定 |
6.4.3 有机溶剂法分子量测定 |
6.4.4 热重分析 |
6.4.5 二维核磁共振分析 |
6.4.6 Py-GC-MS分析 |
6.5 结果与讨论 |
6.5.1 杉木稀酸预处理回用工艺 |
6.5.2 杉木半纤维素组分的生物精炼 |
6.5.3 杉木中纤维素组分的生物精炼 |
6.5.4 杉木木屑生物炼制乳酸质量衡算 |
6.5.5 亚氯酸盐液中木质素的提取及性质表征 |
6.5.6 O-lignin的Py-GC-MS分析 |
6.6 本章小结 |
第七章 结论与展望 |
7.1 结论 |
7.2 特色与创新 |
7.3 展望 |
攻读学位期间发表的学术成果 |
学术论文 |
发明专利 |
参考文献 |
附录 |
(8)复合细菌系预处理玉米秸秆厌氧发酵产气潜能研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 玉米秸秆资源利用现状 |
1.3 玉米秸秆的组成成分及其特性 |
1.4 玉米秸秆厌氧发酵产沼气技术 |
1.4.1 厌氧消化基本原理 |
1.4.2 预处理技术及其重要性 |
1.4.3 物理预处理 |
1.4.4 化学预处理 |
1.4.5 生物预处理 |
1.4.6 联合预处理 |
1.5 研究目的及意义 |
1.6 研究内容及技术路线 |
1.6.1 研究内容 |
1.6.2 技术路线 |
2 材料方法 |
2.1 材料与设备 |
2.1.1 材料 |
2.1.2 试验设备 |
2.2 试验设计 |
2.2.1 物理预处理玉米秸秆 |
2.2.2 化学处理玉米秸秆 |
2.2.3 真菌预处理玉米秸秆 |
2.2.4 复合细菌预处理玉米秸秆 |
2.3 测试方法 |
2.3.1 pH的测定 |
2.3.2 TS的测定 |
2.3.3 VS的测定 |
2.3.4 纤维素、半纤维素和木质素含量的测定 |
2.3.5 预处理后降解率的计算 |
2.3.6 酶活的测定 |
2.3.7 SCOD测定 |
2.3.8 挥发性脂肪酸测定 |
2.3.9 气体体积测定 |
2.3.10 甲烷含量测定 |
2.3.11 微生物多样性的测定 |
2.4 数据统计分析 |
3 结果与分析 |
3.1 纤维素分解复合细菌系的获取及功能 |
3.1.1 复合细菌系对基础纤维素材料的分解能力 |
3.1.2 不同初始p H对复合细菌系发酵液p H及滤纸分解能力的影响 |
3.1.3 连续培养条件下复合细菌系发酵液的 pH 和纤维素材料分解能力 |
3.2 复合细菌系预处理玉米秸秆产甲烷潜力研究 |
3.2.1 复合细菌系降解玉米秸秆 |
3.2.2 复合细菌系预处理秸秆对产甲烷影响 |
4 讨论 |
5 结论 |
参考文献 |
致谢 |
个人简历 |
(9)低共熔溶剂预处理及酶解木质纤维素的研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 木质纤维素 |
1.2.1 木质纤维素的组成结构 |
1.2.2 影响木质纤维素酶解的顽抗性因素 |
1.3 低共熔溶剂预处理木质纤维素 |
1.3.1 低共熔溶剂的合成和性质 |
1.3.2 低共熔溶剂预处理木质纤维素上的研究现状 |
1.3.3 低共熔溶剂对酶活性和稳定性的影响 |
1.4 本研究的主要内容和意义 |
1.5 技术路线 |
第二章 路易斯酸介导的甘油低共熔溶剂预处理甘蔗渣 |
2.1 引言 |
2.2 实验材料和仪器 |
2.2.1 实验试剂 |
2.2.2 实验仪器 |
2.3 实验方法 |
2.3.1 蔗渣组分分析 |
2.3.2 低共熔溶剂的预处理和循环利用 |
2.3.3 木质素纯度、产率、相对分子量及预处理副产物的测定 |
2.3.4 固体残渣酶水解 |
2.3.5 纤维素酶解木质素的制备 |
2.3.6 木质素表面电荷的测定 |
2.3.7 木质素疏水性的测定 |
2.3.8 SEM、FT-IR、XRD结构表征 |
2.4 结果与讨论 |
2.4.1 预处理条件优化 |
2.4.2 甘油-AlCl_3低共熔溶剂循环 |
2.4.3 木质素和木聚糖去除与酶水解的相关性 |
2.4.4 预处理固体残渣的表征 |
2.4.5 木糖、AlCl_3、甘油对固体残渣酶水解的影响 |
2.4.6 有机溶剂木质素和纤维素酶解木质素对固体残渣酶水解的影响 |
2.4.7 一锅法酶水解 |
2.5 本章小结 |
第三章 FeCl_3/氯化胆碱、FeCl_3/甘油、氯化胆碱/甘油/FeCl_3低共熔溶剂预处理玉米秸秆比较 |
3.1 引言 |
3.2 实验材料和仪器 |
3.2.1 实验材料 |
3.2.2 实验仪器 |
3.3 实验方法 |
3.3.1 玉米秸秆组分分析 |
3.3.2 预处理溶剂的制备 |
3.3.3 预处理熔溶剂的预处理和循环利用 |
3.3.4 木质素纯度、产率、相对分子量及预处理水解液抑制物浓度的测定 |
3.3.5 固体残渣酶水解 |
3.3.6 木质素对微晶纤维素(MCC)酶水解的影响 |
3.3.7 木质素表面电荷的测定 |
3.3.8 木质素疏水性的测定 |
3.3.9 结构表征 |
3.4 结果与讨论 |
3.4.1 预处理固体残渣组分分析 |
3.4.2 预处理固体残渣酶水解 |
3.4.3 预处理溶剂循环 |
3.4.4 预处理固体残渣的表征 |
3.4.5 预处理水解液的抑制物分析 |
3.4.6 五种预处理木质素的特征分析和对酶水解的影响 |
3.5 本章小结 |
第四章 不同氢键受体低共熔溶剂表征及预处理玉米秸秆的研究 |
4.1 引言 |
4.2 实验材料和仪器 |
4.2.1 实验材料 |
4.2.2 实验仪器 |
4.3 实验方法 |
4.3.1 低共熔溶剂的制备 |
4.3.2 黏度和密度测量 |
4.3.3 电导率测定 |
4.3.4 低共熔溶剂红外光谱表征 |
4.3.5 低共熔溶剂的K-T值的测定 |
4.3.6 玉米秸秆的组分分析 |
4.3.7 低共熔溶剂预处理玉米秸秆 |
4.3.8 木质素纯度、产率及相对分子量的测定 |
4.3.9 预处理固体残渣酶水解 |
4.4 结果与讨论 |
4.4.1 低共熔溶剂的化学结构 |
4.4.2 低共熔溶剂的红外表征、密度、黏度和电导率 |
4.4.3 低共熔溶剂K-T极性参数 |
4.4.4 不同氢键受体低共熔溶剂预处理玉米秸秆组分分析和酶水解 |
4.4.5 不同氢键受体低共熔溶剂木质素组分分析及产率 |
4.5 本章小结 |
第五章 结论与展望 |
5.1 结论 |
5.2 创新点 |
5.3 展望 |
参考文献 |
附录1 NREL法测定秸秆组分 |
附录2 单糖、酸和糠醛等液相测定方法 |
附录3 福林-酚法测总酚含量 |
附录4 纤维素酶和纤维二糖酶活测定 |
附录5 DNS法测还原糖 |
致谢 |
攻读硕士学位期间发表的学术论文 |
(10)木质纤维素降解菌的筛选及其应用研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景、目的和意义 |
1.2 木质纤维素概况 |
1.2.1 纤维素 |
1.2.2 半纤维素 |
1.2.3 木质素 |
1.3 产纤维素酶菌株的筛选 |
1.4 纤维素酶的作用和分类机制 |
1.4.1 内切葡聚糖酶(endo-β-1,4-glucanases,EC 3.2.1.4) |
1.4.2 外切葡聚糖酶(exo-β-1,4-glucanases,EC 3.2.1.91) |
1.4.3 β-葡萄糖苷酶(β-1,4-glucanases,EC 3.2.1.21) |
1.5 木质纤维素预处理方法 |
1.5.1 物理法 |
1.5.2 化学法 |
1.6 研究内容 |
1.7 研究技术路线 |
第2章 木质纤维素降解菌的筛选及降解条件优化 |
2.1 材料与仪器 |
2.1.1 生物质材料来源 |
2.1.2 土壤样品采集 |
2.1.3 实验药品和试剂 |
2.1.4 实验仪器 |
2.1.5 培养基的配制 |
2.1.6 试剂配制 |
2.2 实验方法 |
2.2.1 木质纤维素降解菌的筛选 |
2.2.2 滤纸酶活力(FPA)测定方法 |
2.2.3 菌种鉴定 |
2.2.4 菌株产纤维素酶条件优化 |
2.2.5 菌体生长曲线 |
2.2.6 菌株酶活力测定曲线 |
2.2.7 降解前后稻草的扫描电镜(SEM)观察 |
2.2.8 降解前后稻草的傅里叶红外光谱(FTIR)分析 |
2.2.9 降解前后稻草的X-射线衍射(XRD)观察 |
2.2.10 降解后稻草的热重分析(TGA) |
2.3 结果与分析 |
2.3.1 产纤维素酶菌株的筛选结果 |
2.3.2 菌株的形态学和分子生物学鉴定 |
2.3.3 菌株产酶条件优化结果 |
2.3.4 菌体生长曲线测定 |
2.3.5 菌株酶活测定曲线 |
2.3.6 降解前后稻草的扫描电镜(SEM)观察 |
2.3.7 降解前后稻草的傅里叶红外光谱(FTIR)分析 |
2.3.8 降解前后稻草的X-射线衍射(XRD)观察 |
2.3.9 降解前后稻草的热重分析(TGA) |
2.4 本章小结 |
第3章 木质纤维素预处理及纤维素酶酶解 |
3.1 材料与仪器 |
3.1.1 实验药品和试剂 |
3.1.2 实验仪器 |
3.1.3 试剂配制 |
3.2 实验方法 |
3.2.1 酶的纯化 |
3.2.2 考马斯亮蓝法测定蛋白质含量 |
3.2.3 酶最适反应条件测定 |
3.2.4 稻草预处理 |
3.2.5 预处理前后稻草的SEM观察 |
3.2.6 预处理前后稻草的FTIR观察 |
3.2.7 预处理前后稻草的XRD观察 |
3.2.8 稻草成分分析 |
3.2.9 酶降解预处理前后稻草 |
3.3 结果与分析 |
3.3.1 酶的纯化 |
3.3.2 蛋白质标准曲线 |
3.3.3 纤维素酶的最适水解条件测定 |
3.3.4 预处理前后稻草SEM观察 |
3.3.5 预处理前后稻草FTIR观察 |
3.3.6 预处理前后稻草的XRD分析 |
3.3.7 稻草成分分析及纤维素酶酶解 |
3.4 本章小结 |
第4章 结论 |
参考文献 |
致谢 |
四、木质纤维素预处理技术研究进展(论文参考文献)
- [1]畜禽粪污厌氧发酵预处理技术研究进展[J]. 杨开宇,林常枫. 能源环境保护, 2021(06)
- [2]木质纤维素预处理强化酶水解及绿色分离工艺研究[D]. 丁冉. 大连理工大学, 2021(01)
- [3]预处理对植物细胞壁微观结构及理化性质影响的研究[D]. 杨莉. 齐鲁工业大学, 2021(10)
- [4]基于有机酸体系下的生物质预处理及其酶解特性的研究[D]. 王乐. 齐鲁工业大学, 2021(09)
- [5]酶法转化玉米芯制备低聚木糖及其残渣的高值化利用研究[D]. 季晖龙. 常州大学, 2021(01)
- [6]吸附型灰分对麦草水热预处理影响机制的研究[D]. 武新星. 南京林业大学, 2021(02)
- [7]凝结芽孢杆菌在杉木生物炼制中的应用及其抗逆机制的研究[D]. 欧阳水平. 南京林业大学, 2021
- [8]复合细菌系预处理玉米秸秆厌氧发酵产气潜能研究[D]. 关键. 黑龙江八一农垦大学, 2021(09)
- [9]低共熔溶剂预处理及酶解木质纤维素的研究[D]. 竹源. 广西大学, 2021(12)
- [10]木质纤维素降解菌的筛选及其应用研究[D]. 李烜琦. 吉林大学, 2021(01)