纤维素生物转化过程工程的研究

虽有上百年的研究历史，但至今木质纤维素原料的低成本、大规模生物转化仍没有实现。导致这一问题的主要原因在于：纤维素生物转化涉及多个学科，是一个系统工程，目前往往从单一学科或单一技术的角度来研究，缺乏与原料相适应的集成工程技术。     

产喜树碱内生真菌的筛选及鉴定

从喜树Camptotheca acuminate树皮和果实中分离得到27株内生真菌,发酵后经HPLC检测,筛选出一株菌丝产喜树碱的菌,产量达774μg/L。对其ITS序列进行系统发育分析,结合其培养特征和显微特征,鉴定为拟茎点霉属(Phomopsis sp.)。这是首次报道分离自喜树的该属真菌发酵产喜树碱。     

阿魏酸酯酶和纤维素酶在水解汽爆稻草中的协同作用

利用阿魏酸酯酶, 水解天然木质纤维素原料中半纤维素与木质素之间的阿魏酸酯键, 从破坏两者共价键连接的角度, 探索阿魏酸酯酶促进纤维素酶水解汽爆稻草中纤维素的可行性。结果显示, 当阿魏酸酯酶加入量为240 mu/g底物、水解72 h时, 汽爆稻草纤维素的酶解率、不溶性底物失重率较不加阿魏酸酯酶分别增加了32.00%、32.77%; 阿魏酸酯酶(300 mu/g底物)作用120 min后, 纤维素酶对汽爆稻草纤维素的酶解率、不溶性底物失重率分别增加了29.85%、32.48%。通过比较不同酶法处理后的汽爆稻草的可及度和红外光谱图发现, 阿魏酸酯酶能有效地水解原料中的酯键, 提高原料可及度50%以上。由此表明, 阿魏酸酯酶和纤维素酶之间存在较大的协同作用, 添加阿魏酸酯酶能够提高纤维素酶对天然木质纤维素的酶解效率。     

发酵工业原料炼制技术体系

要建立节粮、节水、节能和环保的发酵工业,首先面临的是发酵原料的炼制问题。本文通过深入分析发酵工业原料炼制的共性问题,结合多年生物质原料高值化炼制研究基础,提出“发酵工业原料炼制”的理念,根据发酵原料的结构特点和目标产物的要求,将发酵原料预处理——组分分离提升到依据产品功能要求的选择性结构拆分过程,并建立了以汽爆为核心的原料炼制技术平台以及针对淀粉类、糖类、木质纤维素类、生物质水解酸化生产的有机酸、醇类等典型发酵原料的多组分分层多级炼制技术体系范例,为实现资源节约、环境友好的发酵工业提供理论基础与技术支撑。     

秸秆分层多级转化液体燃料新工艺的研究进展

目前,秸秆主要作为性质单一组分的纤维素原料而采用生物转化法或快速热解法加以利用。生物转化法主要利用纤维素,而利用木质素和半纤维素较困难;快速热解生物质又使部分组分低值利用,而且得到的生物油品质低。为解决单一的生物或热转化方式存在的问题,提出秸秆分层多级转化液体燃料的新构思,即以秸秆“组分分离、分级定向转化”为核心,将生物转化和热转化有机结合多级转化生产燃料酒精与生物油。研究结果表明,秸秆经过汽爆处理后,采用高浓度发酵一分离乙醇耦合系统,可降低纤维素酶用量,提高了纤维素酶解效率,而且简化操作过程,使蒸馏前乙醇浓度达到60％以上。发酵乙醇剩余物再经热解后,不但热解温度较原秸秆明显降低,而且所得生物油品质有了明显改观。     

2014生物质炼制专刊序言

生物质是自然界最丰富的含碳有机大分子功能体,它有望通过"生物炼制"实现"石油炼制"的辉煌。但是由于生物质资源本身及其转化过程的复杂性,生物质产业虽备受关注,却被认为是遥远的未来产业。传统的生物质资源化利用思路都是先耗费一定的能量破坏生物质结构,然后再进行转化,不仅没有考虑到产品的功能需求,而且过程的原子经济性不高。如何实现化学键更加复杂的固相木质纤维素生物质炼制是实现生物质产业的关键和难点。理想的生物质炼制的目的是以最大得率分离木质纤维原料中各个组分,以尽可能地保持分子的完整性,最大可能地优化利用和最终实现最大价值。这就要求生物质炼制应当是基于原料结构、过程转化和产品特点三者的关联,面向原料、面向过程、面向产品的炼制过程。本期专刊报道了我国生物质炼制技术领域专家学者在原料炼制、炼制技术、组分转化等领域取得的最新研究进展。     

低温等离子体生物质炼制技术

生物质炼制是世界各国的战略性研究方向。目前,主要有汽爆、酸、碱等炼制技术,而低温等离子体因具有独特的化学活性和高能量等优势而倍受青睐。本论文系统阐述了基于低温等离子体技术的生物质预处理、降解制糖、选择性功能改性、液化、气化等炼制技术的研究进展,并探讨了低温等离子体生物质炼制的机理及其今后研究发展方向。     

秸秆汽爆炼制木质素制备酚醛泡沫材料

以木质纤维素为原料的生物炼制不仅需要考虑到纤维素和半纤维素,同时也需要考虑到木质素的利用,以提高木质纤维素炼制的整体经济效益。利用汽爆处理的玉米秸秆为原料,通过优化碱提取的温度以及碱浓度,获得木质素得率较高,糖含量较少的提取液,同时该提取液经过浓缩后直接部分替代苯酚与甲醛反应制备酚醛泡沫。结果表明:当提取温度120℃,碱浓度1%,固液比1∶10,提取时间2 h,木质素的提取率达到79.67%。由该提取液替代苯酚制备的酚醛泡沫随着替代率的增加,其泡沫的密度逐渐增加,其压缩强度相对于纯酚醛泡沫也得到了提高。而木质素的加入并没有显著影响其热导率以及阻燃性能,同时由于其利用较为低廉的可再生资源木质素替代不可再生的苯酚原料,成本低,环保性好,具有更好的市场应用前景。采用木质素提液直接制备酚醛泡沫材料,工艺流程简单;增加了副产物木质素的经济价值,提高了整个木质纤维素炼制的经济性。     

生物制氢技术的研究进展

氢是一种理想的清洁能源 ,生物制氢在新能源的研究利用中占有日趋重要的位置。目前采用的生物制氢技术成本较高 ,使用价格低廉、来源丰富的原料是降低其成本的一条重要途径 ,利用生物质 ,尤其是纤维素类物质制氢是新的发展方向。综述了与微生物制氢有关的酶的作用机制 ,相关菌类的产氢机理及研究进展。     

秸秆资源工农耦合循环技术及其应用

现代农业中日益突出的土壤肥力下降、环境污染等问题驱动农业向环保、经济的生态农业模式发展。但是,较高的现代农业投入与较低的产出使得独立的农业系统难以实现系统下资源的充分高效利用。针对秸杆资源利用提出工农耦合循环模式。该模式以农业秸秆资源为物质流接口,耦合秸秆工业炼制技术,实现农业资源的高效循环和高值化利用。