温和酸催化解聚木质素磺酸盐产物的分离与分析

木质素解聚产物是异常复杂的混合物体系,本文以温和酸催化条件下的木质素磺酸盐解聚产物为研究对象,建立分离和分析测试木质素磺酸盐解聚产物和解聚效率的有效方法。采用超高效凝胶渗透色谱对解聚产物实现了高效分离,结果表明木质素磺酸盐高分子获得了高效解聚,解聚获得的产物分子量组成主要分布在三个低聚物区间;采用GC-MS鉴定了主要的木质素基单酚和双酚类官能团化合物9种,约占解聚液的30 wt%,表明解聚产物中含有大量的单体化合物;采用SEM和EDS分析测试木质素解聚后残渣,其结果也进一步证实了在温和酸催化条件下,木质素磺酸盐在解聚过程中还原位脱除了磺酸盐。木质素磺酸盐由于具有特有的Cα-SO3M基团,在酸催化条件下β-O-4键易于断裂,促进了木质素磺酸盐快速解聚,获得了解聚效率达95 wt%以上的解聚产物。     

工业木质素磺酸钠中磺酸盐组成与结构的初步分析

本论文以工业级木质素磺酸钠为实验对象,采用热重分析、原子吸收、多功能膜、超高效聚合物色谱等方法测定木质素磺酸盐的热性能、磺酸盐组成含量、膜分离后产物的分子量分布。分析结果表明,木质素磺酸盐中主要含有钠和钾离子,每1 g质素磺酸钠中含有钠、钾以及用SO3H-表示的磺酸根三种离子的物质的量分别为2.138 mmol、0.197 mmol、2.348 mmol,即每1 g木质素磺酸钠中主要含有磺酸钠222.35 mg、磺酸钾23.64 mg,占木质素磺酸钠的24.7%。采用多功能膜分离技术分离木质素解聚产物获得了很好的分离效果,其中分子量3500到15000及15000以上的两个截留产物,主要为木质素解聚后的产物;3500到600~800以及600~800以下的截留产物,初步推断主要是半纤维素的水解糖类。     

采自武夷山高温木质素降解菌优良菌株筛选及其木质素降解效果测定

本文旨在筛选能够高效降解秸秆木质素的高温真菌。对来自福建武夷山的农田土壤进行富集,采用苯胺蓝、愈创木酚和α-萘酚3种筛选平板结合木质素磺酸钙降解试验筛选木质素高温降解菌,采用范氏洗涤剂法测定一株高效降解菌对秸秆木质素的降解效果;最后以经典形态学和多基因分子系统学相结合的方法对该菌株进行鉴定。结果表明：经钓饵法,分离获得8株高温菌;通过初筛和复筛,获得了1株较好的木质素高温降解菌A12638H;将其用于降解水稻秸秆和玉米秸秆,发现木质素降解率分别达到41.7%和48.3%;该菌株经鉴定为大孢戴氏霉Taifanglania major。菌株A12638H具有很好的应用价值,值得在秸秆资源的开发利用中开展更深入的研究。     

汽爆秸秆漆酶协同作用提取木质素

组分分离是秸秆炼制的关键技术。本文建立了汽爆耦合漆酶协同作用工艺,研究其对秸秆物理形态、化学组成以及木质素碱提取过程的影响。研究结果表明汽爆破坏秸秆表面致密结构,提高比表面积,促进漆酶对秸秆木质素的氧化作用;红外分析表明,漆酶破坏了汽爆秸秆中半纤维素酯键,且愈创木基吸收峰减弱,漆酶削弱了木质素与纤维素间相互作用;汽爆漆酶协同作用后的秸秆木质素提取率提高约20%(70℃,120 min)。Nuclei Growth模型分析温和条件下秸秆木质素提取过程,动力学结果表明,汽爆漆酶协同预处理增加了汽爆秸秆木质素碱提过程中反应起始作用位点,并提高了该过程对温度的敏感性。汽爆-漆酶协同预处理是一种有效的分离木质素的方法,将在木质纤维素原料的生物炼制中发挥重要作用。     

木质素的微生物解聚与高值转化

木质纤维素是地球上最丰富的可再生资源。我国每年产生约9亿吨农业秸秆,因得不到有效利用,不仅造成资源浪费,也产生了诸多严峻的环境问题。缺少木质素的高效降解和资源化利用技术是限制木质纤维素产业化的主要瓶颈之一。虽然木质素的降解与转化多年来一直都受到关注,但是由于木质素结构的复杂性及异质性,使其高效利用受限。近年来,微生物具有的“生物漏斗”式转化特性为木质素的高值转化和利用提供了新方向。本文就生物质利用研究以来,微生物在木质素解聚与转化方面的研究历程与最新进展进行了简要的回顾与总结,并初步讨论了目前木质素高值转化面临的机遇与挑战。     

木质素降解酶及相关基因研究进展

生物质的高效综合利用已成为全球关注的热点问题。生物质的主要成分是木质素、纤维素和半纤维素,其利用的关键是如何去除木质素,从而提高纤维素和半纤维素的得率。其中利用真菌的生物预处理方法因条件温和、无二次污染等优点符合全球经济可持续发展需要,受到研究者的普遍关注。综述了近年国内外真菌分泌的主要木质素降解酶,包括木质素过氧化物酶(Li P)、锰过氧化物酶(Mn P)、漆酶(laccase)和多功能过氧化物酶(VP)的主要特点,总结了木质素降解相关酶的基因工程、基因组学的研究成果,并对其发展前景进行了展望。     

木质素的微生物降解机制

研究微生物降解木质素的反应机理,可以从根本上解释微生物或酶对木质素的作用过程,对提高木质素降解效率,治理环境污染等具有非常重要的意义。从木质素结构的差异出发,总结了近年来研究木质素微生物降解机制所采用的主要模型化合物、研究方法,概述了微生物对木质素的三大作用机理:侧链氧化、去甲基化和芳香环断裂,以及参与这三个反应的主要微生物。     

木质素芳香族化合物降解菌Sphingobium sp. SYK-6的研究进展

木质素是木质的主要成分之一,在自然界中,高分子木质素被真菌的胞外酶分解成低分子芳香族化合物,然后土壤细菌将其完全降解为二氧化碳。由此可见,木质素的完全降解过程是真菌和细菌的共同作用。研究细菌的降解机制,一方面可以理解芳香族化合物在生态系中的碳素循环,另一方面可以为木质素的有效利用提供基因和酶工具,将可再生资源的木质素转化成高附加价值的工业产品。Sphingobium sp.SYK-6是1987年从造纸厂废水中以木质素中的联苯化合物(5,5’-脱氢联香草酸)作为唯一碳源分离出的木质素化合物降解菌。在长达25年以上的研究中我们阐明了一系列芳香族化合物的代谢途径,克隆了相关基因,2012年随着基因组测序的完成,整个降解功能的全貌展现出来。介绍内容:(1)基因组信息;(2)芳醚化合物代谢;(3)联苯化合物代谢;(4)阿魏酸代谢;(5)木质素化合物降解过程中四氢叶酸依赖型机制;(6)原儿茶酸4,5开环途径;(7)3-甲氧基没食子酸代谢的多样性;(8)应用研究。我们希望SYK-6菌株成为一个让人们理解木质素化合物降解的模式菌株。最后结合课题组现在的研究课题展望了木质素化合物的降解研究的发展方向。     

溶液中木质素和葡萄糖的超滤分离

以木质素和葡萄糖的混合溶液为木质纤维素水解液模型,采用截留相对分子质量为5 000的卷式聚醚砜膜对葡萄糖和木质素进行全回流模式的分离,探讨了木质素和葡萄糖浓度、操作压力、错流速率对通量、木质素和葡萄糖截留率的影响。结果表明:在实验条件范围内,通量随葡萄糖浓度和木质素浓度的增加而降低,并随操作压力、错流速率的增加而增加。木质素截留率不受任何条件的影响,基本稳定在97%。葡萄糖截留率随木质素浓度的增加而增加,并随错流速率的增加而减小。在0.8 g/L的木质素质量浓度条件下,当错流速率从0.12 m/s增加到0.17 m/s时,葡萄糖截留率从14%减小到7.3%。由此可见,在混合溶液的超滤过程中,通过合理选择错流速率,能够改善木质素和葡萄糖的分离。     

木质素降解菌Bax的筛选及特性研究

为了高效降解造纸污水中木质素类化合物,采用苯胺兰和鞣酸平板法从腐木分离、筛选得到一株具有高降解木质素活性的丝状真菌,经鉴定为绿色木霉,命名为Bax.最适碳源为葡萄糖和蔗糖,最适氮源为蛋白胨和尿紊,最适酸碱度为pH 5.0,最适温度为30℃.通过对木质素氧化酶系分析,主要起作用的是漆酶和木质素酶,为造纸污水的处理奠定了基础.     

Comamonas serinivorans C35木质素降解性能

【目的】探讨菌株Comamonas serinivorans C35降解木质素的能力。【方法】测定Comamonas serinivorans C35在木质素培养基中的生长趋势、化学需氧量的去除、木质素降解率、脱色率和相关酶的分泌。分别采用扫描电子显微镜和傅里叶变换红外光谱分析仪检测木质素降解前后的外观结构和化学键的变化。【结果】Comamonas serinivorans C35能够在木质素培养基上生长,在培养7 d后,化学需氧量去除率为44.4%,木质素降解率和脱色率分别为43.57%和42.26%。Comamonas serinivorans C35能够分泌木质素过氧化物酶、锰过氧化物酶和漆酶,粗酶液酶活分别能达到648.4、177.8和70.1 U/L。Comamonas serinivorans C35可以使木质素解聚且对其苯环结构、醚键以及C=O键等具有明显的破坏作用。【结论】Comamonas serinivorans C35可以降解木质素,在木质素的生物转化中具有潜在的应用价值。     

工业木质素预处理及催化转化苯酚

传统化石能源日益枯竭以及环境污染压力日益加大使得开发以生物质为代表的可替代能源迫在眉睫,木质素作为仅次于纤维素的生物质中第二大主要成分用来制备高附加值化学品是提高生物质资源利用效率的关键。本文将工业木质素进行预处理后采用双液相反应体系将工业木质素转化为苯酚等化合物,使用微波辐照代替传统的加热,考察了预处理方式、温度、时间等条件对产物收率的影响。结果表明,以1-甲基-3-乙基咪唑醋酸盐([EMIM]OAc)处理的工业木质素在微波反应器输出功率为400 W、反应温度为90℃、催化剂为1-甲基-3-胺乙基咪唑四氟硼酸盐([AEMIM]BF4)双液相反应体系中反应60 min苯酚的收率最高可达8.14%。     

细菌降解木质素的研究进展

木质素是自然界最丰富的芳香化合物,其分解与陆地上碳循环密切相关。提取木质纤维素中的葡萄糖使其转化成乙醇,是生产第二代生物能源的关键步骤。但是由于木质素是一种非常稳定的化合物,难以降解是实现生物乙醇转化的主要屏障,因此关于木质素的生物降解研究具有非常重要的意义。真菌降解木质素的研究已经深入的进行了多年,并取得丰富的成果,但是关于细菌降解木质素的研究还处在初级阶段。由于广泛的生长条件和良好的环境适应能力,细菌在木质素降解方面深受研究人员的关注。本文通过总结前人的研究成果,讨论了木质素的降解机制、代谢途径及细菌降解木质素的工业应用前景,同时还展望了分子生物学及生物信息学在木质素降解方面的应用前景。     

木质素降解菌BYL-7的筛选及降解条件优化

【背景】微生物降解木质素因其具有降解效率高和环保等特点而备受关注。【目的】筛选高效木质素降解真菌,并对其降解条件进行优化。【方法】通过愈创木酚-马铃薯葡萄糖琼脂(potato dextrose agar,PDA)和苯胺蓝平板法筛选高效木质素降解菌株,利用单因素筛选及响应面试验对培养条件进行优化。【结果】筛选到一株高效木质素降解菌BYL-7,经形态和多序列分析初步确定为Trametes versicolor。单因素试验证明初始pH、温度和接种量为降解木质素显著影响因子,响应面试验确定降解木质素最优条件为：初始pH 6.7,温度25 °C,接种量8%。在此条件下,碱性木质素降解率为36.5%,比未优化前提高54.0%;水稻秸秆木质素、半纤维素和纤维素降解率分别为32.8%、21.5%、13.2%,其中木质素降解率比未优化前提高36.1%;漆酶活性在第6天达到峰值120.0 U/L,比未优化前提高25.0%;木质素过氧化物酶活性在第6天达到峰值1 343.8 U/L,比未优化前提高36.0%;锰过氧化物酶活性在第5天达到峰值463.8 U/L,比未优化前提高31.7%。【结论】研究结果为木质素的降解提供了良好的菌种资源,同时也为后续木质素的研究积累了相关数据。     

α-O-4型木质素二聚体模型物热解解聚机理

为了解木质素α-O-4连接部分的热解机理,以4-(3-羟基-1-苯氧基丙基)-苯酚为α-O-4型木质素二聚体模型化合物,采用密度泛函理论M06-2X/6-31+G(d,p)方法,对该二聚体热解过程中的反应物、中间产物、过渡态、产物进行几何结构的完全优化,通过计算各可能路径的反应能垒,确定了该模型化合物主要通过Cα-O键的均裂和协同断裂的方式发生裂解反应,主要生成苯酚、4-甲基苯酚、4-乙烯基苯酚和香豆醇等酚类产物以及乙醇、甲醇、甲醛等小分子物质,由此首次从理论上揭示了该模型化合物的详细热解解聚过程。     

微生物解聚木质素合成聚羟基脂肪酸脂的研究进展

聚羟基脂肪酸脂(PHAs)作为一种具高生物降解性和易加工性的细胞内储能物质,有希望代替石油基塑料,在全球生物塑料市场受到越来越多的关注。木质素作为地球上最为丰富的天然可再生芳香聚合物,可作为底物通过微生物降解转化为苯酚等单环芳香化合物,然后芳香化合物进一步转化,最终合成PHAs。综述了木质素降解转化合成PHAs的微生物及其相关途径,阐述了目前存在的问题和困难。深入探讨了提高木质素降解转化合成PHAs的生产效率及产物性能的研究进展。同时提出了木质素转化合成PHAs面临的挑战以及对未来发展的展望。     

栓皮栎林下主要丝状真菌的分解能力

利用纯培养试验方法 ,研究了栓皮栎林下凋落物中可培养的 10种主要丝状真菌对群落建群种栓皮栎 (Quercus variabilis)和林下主要伴生树种山胡椒 (L indera glauca)叶片的分解能力。结果表明 :在 10种真菌的作用下 ,9周时间内 ,栓皮栎叶片的平均失重率是山胡椒叶片的 2倍 ;两种叶片前期 (前 5周 )失重率均显著高于后期 (后 4周 )。分析结果显示叶片失重率与叶片初始木质素 /氮素、碳素 /氮素的比值成反比。根据每个菌株对每种叶片在前期和后期的重量失重率 (W)、木质素失重率 / W和木质素失重率 /全碳化合物失重率的值的相互关系 ,分解菌可以分为如下类型 :Trichoderma sp.1和 Cladosporium berbarum是对全碳化合物有一定利用能力的分解菌 ;Trichoderma sp.2、 Aspergillus fumigatus、Alternaria sp.、Penicillium sp.2对木质素、全碳化合物都有分解能力但偏向全碳化合物的分解 ,是分解能力相对较强的真菌 ;Chaetomium bostrychodes、Pestalotia sp.对木质素、全碳化合物都有分解能力并偏向木质素的分解 ,但分解能力较弱 ;Aspergillus niger、Penicillium sp.1只在试验分解前期内对木质素、全碳化合物都有一定的分解能力。不同真菌对叶片的分解能力不同 ,即使是同属真菌之间也有显著的差异     

云芝深层培养生产木质素降解酶的研究

木质索降解本质上是氧化反应,参与木质素降解的酶都是非专一性的,目前人们认识到的参与木质素降解的酶主要有多酚氧化酶(Polyphenol oxidase)、锰过氧化物酶(Maganese peroxidase)和木质素酶(Ligninase)。后者是近来新发现在木质素降解过程中起作用的过氧化物酶。本文研究一种对木质素降解能力很强的云芝(Polyporus versicolor)在摇瓶培养条件下,培养方式、营养条件以及添加诱导剂藜芦醇和表面活性剂Tween80等因素对木质素降解酶生产的影响。     

生物炼制过程中木质素高值转化研究进展

木质素高值转化对于提升生物炼制经济性,促进社会经济绿色发展具有重要意义。然而,木质素结构复杂且不均一,其高值化利用仍存在技术壁垒,使得木质素应用尚未形成规模。文中首先综述了当前生物炼制过程中木质素高值转化面临的主要挑战。然后通过比较不同预处理技术对木质素分离、性质及其利用的主要影响,详细阐述了基于生物炼制理念发展的新型组合预处理技术。其次,针对木质素本征结构特性导致其利用效率低等问题,进一步详述了溶剂分级、膜分级、梯度沉淀分级等分级利用策略对克服木质素不均一性,改善其可加工性能的重要影响。再次,针对木质素利用策略,系统比较了木质素热化学转化和生物转化,结合生物质预处理及木质素分级,阐述了以生物炼制理念进行木质素高值转化的新策略。最后,总结了木质素利用过程中存在的挑战性问题,展望了木质素高效分离、分级及转化过程发展的新策略和新趋势。     

耐高温木质素降解菌筛选及降解效果研究

为提高育苗基质中废弃物木质素降解速率,在废弃物堆腐生产育苗基质高温阶段取样,筛选耐高温木质素降解菌,并对菌种进行鉴定,同时测定其对秸秆木质素和菌糠木质素的降解效果。获得了1株较好的木质素高温降解菌HZ11,鉴定为解淀粉芽胞杆菌（Bacillus amyloliquefaciens）,结果显示,该菌株对秸秆木质素和菌糠木质素降解效果较好,50 ℃条件下,20 d木质素降解率分别为46.7%和42.4%。菌株HZ11在降解秸秆和菌糠方面具有很好的应用潜力,为利用农业废弃物生产育苗基质提供更加丰富的菌种资源,具有重要的参考价值。