木质纤维素资源化主要途径及半纤维素优先资源化利用策略

木质纤维生物质是地球上最丰富的可再生资源,可转化为能源、化学品和材料,开发木质纤维生物质有利于废弃物的高值化利用和缓解目前面临的环境污染等问题。木质纤维素主要包括纤维素、半纤维素和木质素,将其主要组分进行高效分离,是实现多元化、高值化生物精炼的基础。基于此,笔者简要总结了目前主要的木质纤维素资源化途径,如基于纤维素资源化、基于半纤维素资源化、基于木质素资源化、基于碳水化合物资源化以及全组分资源化的研究策略。依据半纤维素在植物细胞壁中承担的角色,结合前期的研究基础,提出半纤维素优先原位催化转化的木质纤维素生物炼制新策略,实现半纤维素的高选择性溶出和高效转化,保留结构完整的纤维素和木质素分级转化为小分子化学品和材料,最终实现资源生物量全利用,多元化产品联产的目的。     

β-木糖苷酶及其在纤维素乙醇生产中的应用研究进展

将木质纤维素类生物质生物转化生产液体燃料,如纤维素乙醇和大宗化学品,对缓解当前人类社会面临的能源和资源危机以及保护环境具有重要意义。半纤维素是木质纤维素类生物质的主要组成成分之一,它的生物降解转化对实现木质纤维素生物炼制意义重大。由于半纤维素糖种类的多样性和半纤维素结构的复杂性,需要一个复杂的半纤维素酶系才能完成对半纤维素的有效降解。除了木聚糖酶等以外,β-木糖苷酶也是半纤维素酶系的主要组分。在半纤维素降解过程中,β-木糖苷酶将木聚糖酶的水解产物木寡糖和木二糖水解为木糖,不仅在木聚糖的彻底降解过程中起着重要作用,而且可以缓解木寡糖对木聚糖酶和纤维素酶的抑制作用。该文综述了目前在β-木糖苷酶方面的研究进展,包括β-木糖苷酶的分类、酶学性质、酶结构及其催化机制、基因的克隆与表达等,并对β-木糖苷酶在纤维素乙醇生产中的应用情况进行了简述。     

木质纤维素生物炼制的研究进展

木质纤维素是一种广泛存在的可再生生物质资源,主要由纤维素、半纤维素和木质素组成。如何更有效地综合利用木质纤维素是当前面临的世界性难题。本文中,笔者梳理了木质纤维素生物化学法转化生产以燃料乙醇为代表的生物基产品,特别是转化过程中关键技术环节的研究现状及难点,深入探讨了木质素的生物转化利用趋势,并综述了合成生物学在这些领域的研究趋势和最新成果。本文力图描绘出木质纤维素生物炼制研究全景,为后续研究提供潜在思路。     

巴西蘑菇对木质纤维素的降解与转化*

巴西蘑菇能够降解棉籽壳和麦草两种培养基中木质纤维素复合体中的全部组分,属于白腐真菌;巴西蘑菇降解的有机物质的绝大部分被菌体的呼吸过程消耗掉,其绝对生物学效率较低,仅为4.41%~5.25%;在栽培前期木质素的降解速率大于纤维素和半纤维素,这对纤维素和半纤维素的降解十分有利;非木质纤维素组分主要在菌丝生长阶段被利用,而木质纤维素是子实体生长发育阶段的主要碳源;就整个栽培过程而言,巴西蘑菇生长发育所需要的82.39%~84.50%的碳源来自木质纤维素。     

滑菇营养生理研究

本文研究了滑菇在木屑-麦麸基质上生长期间,菌体对基质的转化效率和基质中主要组分的降解规律。实验结果表明:子实体绝对生物学效率为12.43%,产量系数为16.94%。子实体阶段的木素、半纤维素和纤维素的降解量以及非木质纤维素组分的减少量占子实体阶段基物中干物质减少量的百分比值分别为:5.85、17.54、49.13和27.48%。由此可见,纤维素是子实体生长阶段的主要碳源。滑菇在菌丝生长和子实体生长阶段分别有纤维素酶和半纤维素酶的活性高峰出现。进一步证明了:子实体阶段这两种酶的活性增加与子实体形成有密切关系     

巴西蘑菇对木质纤维素的降解与转化

巴西蘑菇能够降解棉籽壳和麦草两种培养基中木质纤维素复合体中的全部组分,属于白腐真菌,巴西蘑菇降解的有机物质的绝大部分被菌体的呼吸过程消耗掉,其绝对生物学效率较低,仅为4．41％－5．25％,在载培前期木质素的降解速率大于纤维素和半纤维素,这对纤维素和半纤维素的降解十分有利;非木质纤维素组分主要在菌丝生长阶段被利用,而木质纤维素是子实体生长发育阶段的主要碳源;就整个栽培过程而言,巴西蘑菇生长发育所需要的82．39％－84．50％的碳源来自木质纤维素。     

生物质生物预处理研究进展与展望

木质纤维素生物质分布广、产量大、可再生,用于制备生物基能源、生物基材料和生物基化学品。木质纤维素生物质组成复杂,包含纤维素、半纤维素和木质素等,木质素与半纤维素通过共价键、氢键交联形成独特的“包裹结构”,纤维素含有复杂的分子内与分子间氢键,上述因素制约着其资源化利用。生物预处理以其独特优越性成为生物质研究的重要方面。系统阐述了生物预处理过程中木质素降解和基团修饰对纤维素酶解的影响,纤维素含量及结晶区变化,半纤维素五碳糖利用,微观物理结构的改变。进一步提出了以生物预处理为核心的组合预处理、基于不同功能的多酶协同催化体系、木质纤维素组分分级利用和新型高效细菌预处理工艺是生物预处理未来发展的重要趋势。     

1株来自瘤胃液菌株RB1在降解秸秆中的作用

木质纤维素中木糖残基大量乙酰化,导致半纤维素的降解受阻。半纤维素支链水解断裂,可以解除其空间位阻效应,利于木质纤维素彻底降解。采用产乙酰酯酶活力较高的菌株RB1降解玉米秸秆和水稻秸秆。研究结果表明,菌株RB1对玉米秸秆和水稻秸秆中半纤维素降解率分别高达53.87%和51.67%。同时该菌株对秸秆中木质素降解率分别达到35.50%和35.01%。该菌株与其他降解纤维素能力较强的菌株共同发酵,会对木质纤维素类物质有更高降解率。该菌株在生物转化木质纤维素类物质方面,具有一定的潜在应用价值。     

银耳耳友菌降解木质纤维素的研究

据报道,银耳菌(Tremella fuciformis Berk)没有分解木质纤维素的能力,故不能单独在木质纤维素上生长发育,只有当银耳菌丝与耳友菌(子囊菌亚门的一种真菌)生活在一起,得到了耳友菌分解木质纤维素所提供的营养物质时,才能发育结耳。但是关于耳友菌降解木质纤维素的特性则缺少定量研究。本文将重点探讨培养在杨木屑上的银耳耳友菌在头90天内,基质中木素、半纤维素、纤维素的降解和有关酶活性以及还原糖含量的变化。以便为深入研究银耳和耳友菌的营养生理、伴生关系以及在耳友菌腐朽木材的生理生     

膳食纤维

过去认为食物中不能被消化的残渣,没有什么营养意义。近来发现这些被称为膳食纤维的物质对人体健康来说,是必不可少的。 (一)定义膳食纤维(dietary fiber)指食物中不能被人体的消化酶分解的一类化合物,主要有下列四种: 纤维素(cellulose)。葡萄糖以1,4糖苷键缩合成的直链分子,是构成植物体的主要成分。半纤维素(hemi cellulose)。包含有戊聚糖、木聚糖和阿拉伯聚糖的一种多聚糖,常和纤维素一起存在。木质素(ligin)。一种多聚芳香族苯丙烷化合物,是使植物木质化的物质。果胶(pectin)。乳糖醛酸甲酯化的聚合物,     

酵母对玉米秆木质素的降解

自然界中存在着大量的可再生的木质纤维素,这些生物量是生产能源、化学产品和动物饲料蛋白的潜在来源。这些物质包括人材(锯屑)、废纸、市政垃圾、农业和工业废物,主要成分为纤维素、半纤维素和木质素。利用这些原料的主要障碍是木质素的存在。木质素是聚酚化合物组成的大分子聚合物,通常与半纤维素和纤维素结合在一起,增加了降解时的障碍。在玉米杆用酸水解时,木质素是不溶性的残渣;用碱水解时,木质素被转化为可溶性物     

鸡腿菇对棉籽壳的降解与转化

栽培在棉籽壳培养基中的鸡腿菇具有较强的木质纤维素降解能力和较高的绝对生物学效率;木质纤维素是子实体生长阶段的主要碳源;CMC酶、FP酶和HC酶的活性变化与纤维素、半纤维素的降解速率正相关,漆酶的活性变化与木质素的降解速率正相关,而过氧化物酶的活性变化与木质素的降解速率没有相关性;淀粉酶在菌丝生长阶段活性较高,蛋白酶的活性高峰出现在子实体生长发育期。     

木质纤维素固体基质发酵物中半纤维素、纤维素和木素的定量分析程序

拟定了木质纤维素固体基质发酵物中半纤维素、纤维素和木素的定量分析程序。本程序是将中性洗涤剂法、2M盐酸水解法、72%硫酸水解法、地衣酚比色定糖法和蒽酮比色定糖法加以综合应用而成,在具有一般化学分析条件的实验室都可使用。本程序可以同时进行多个试样的分析。因此,对于进行对比性探讨发酵物中半纤维素、纤维素和木素的含量及其转化动力学的研究,本程序尤其实用。     

粗毛栓菌降解麦草木质纤维素的试验研究

正交试验结果表明 ,培养基质中葡萄糖的存在 ,抑制粗毛栓菌对麦草木质纤维素的降解作用 ;适量添加酒石酸 ,可提高该菌对木素的降解程度。粗毛栓菌有较强的降解麦草木质纤维素的能力 ,培养 6 0d后 ,原麦草中6 6 .2 1%纤维素、71.96 %半纤维素和 70 .14%木质素将分别消失     

木质纤维生物质资源高效利用分子技术的开发

木质纤维生物质是地球上最丰富的可再生生物质资源,可为造纸、化工、纺织和生物能源等工业提供重要的原材料。木质纤维生物质主要包括木质素、纤维素和半纤维素三种生物多聚物成分。如何利用分子手段改造这些生物聚合物,提高它们的工业利用率是目前高度关注的问题。综述了近年来木质纤维多聚物在生物合成与改造方面的研究进展,展望了利用分子技术改造植物木质纤维生物质实现其高效利用的前景。     

玉米芯半纤维素水解液的制备及成分测定

木质纤维素原料是自然界中含量丰富的可再生资源,可在水解糖化后被微生物发酵生产乙醇等有用产品。将玉米芯等木质纤维素类农业废料用稀硫酸水解糖化过程中,受反应条件的影响,水解液中除生成可发酵的单糖外还会产生一些可能对后续乙醇发酵微生物有抑制作用的副产物。本课题采用正交试验优化了制备玉米芯半纤维素水解液的工艺参数,并确立了水解液中的五种主要副产物。     

昆虫与生物质能源利用:一个新的交叉学科前沿

昆虫与生物质能源利用密切相关。这些昆虫包括白蚁类、甲虫类、树蜂类、食叶类水生昆虫、衣鱼类、大蚊类等。它们能在树木、枯枝以及落叶上生活,并具有了相当可观的降解和转化木质纤维素的能力,是自然界中协助进行碳循环的一类重要节肢动物。近几年来,这些昆虫独特的肠道消化能力以及它们的生物质催化转化系统已引起了科学家和研究人员的极大兴趣,希望能通过发现新的降解木质纤维素的酶及酶系统、掌握相关的这些酶的表达和其功能控制基因、并能解开昆虫肠道的消化及其相关机制的谜;更高效的降解和转化植物细胞壁中的碳水化合物并用来生产不同种类的生物能源或生物基材料。目前,对这类昆虫高效降解木质纤维素能力的认识和相关降解机制的研究已发展成为一个与生物质能源应用密切相关的新兴研究领域,成为新的交叉学科前沿。本文将简要讨论这类昆虫消化木质纤维素的几种不同作用机制、共生微生物与昆虫所产生的不同木质纤维素酶以及相互间的协同作用的基础上,还探讨了当前第二代生物质能源研究与开发中所面临的主要挑战、消化木质纤维素类昆虫,特别是白蚁所处的独特地位、潜在的科学和应用价值,以及今后的主要研究方向。     

毛木耳降解木质纤维素的研究

测定了毛木耳“沪毛一号”菌株瓶栽0—60天期间,其木屑基质中木素纤维素的降解和木质纤维分解酶活性的变化。结果表明,该菌能够同时降解木素、半纤维素和纤维素,尤以分解木素的能力为强(以各自相对百分含量减少计算),故毛木耳为白腐真菌。该菌的多酚氧化酶、羧甲基纤维素酶、滤纸纤维素酶和木聚糖酶的活性高峰均出现于菌丝体发育阶段,在子实体原基发生时(22天),羧甲基纤维素酶、滤纸纤维素酶、木聚糖酶的活性明显下降,在子实体发生后,该三种酶活性又复上升,直到头批耳成熟酶活仍处于较高水平。     

利用工程大肠杆菌从谷壳的稀酸水解产物生产乙醇

《ＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙＬｅｔｔｅｒｓ》１９９８年２０卷１０期９４３～９４７页报道：根据美国农业部和美国国家农业统计局的统计,仅１９９７年美国就有８００ｍｔ以上的谷壳在稻谷加工过程中产生。这些谷壳占收获稻谷干重的２０％。但在美国,迄今尚未把这些农业残余物加以利用。与其他类型的木质纤维素比较,谷壳含较低数量的纤维素和木素（分别为３１％ｗ／ｗ和１２％ｗ／ｗ）,淀粉和硅分别为１１％ｗ／ｗ和１２％ｗ／ｗ）以及半纤维素（２４％ｗ／ｗ）。虽然这方面的研究不多,但已发现稀无机酸处理极易水解谷壳的淀粉和半纤…     

降解木质纤维素放线菌的功能组学分析及工业应用前景

放线菌是一种高GC含量的革兰氏阳性细菌,在陆生、高温的木质纤维素降解生境中占据十分重要的地位.降解木质纤维素菌株的功能基因组分析发现降解纤维素的酶种类和数目相对较多,而降解半纤维素以及果胶成分的酶相对真菌较少.其中,降解纤维素的酶类主要以GH6家族外切酶为主,部分含有GH9和GH48家族的纤维素酶,基因组中还含有AA10家族的多糖裂解氧化酶,因此放线菌可通过持续性水解与氧化双重机制高效降解结晶纤维素.放线菌可通过双精氨酸转运系统快速将已正确折叠的降解酶类分泌至胞外,这些酶分子常具有多个功能结构域,具有耐高温、耐碱性以及高活力等特征.放线菌在木质纤维素降解及次级代谢产物等方面的特点与优势使得其具有巨大的工业应用前景.