纤维素生物量的转化及其预处理方法

生物量(biomass)又称生物质,是地球上最丰富的可再生的资源.目前地球上约存在2亿亿吨,而每年再生的以生物量形式储存的能量为2000亿吨,约为一年世界所消耗能量总和的10倍.但地球上所储存的化石能(石油和煤及其他矿物能)总和只相当于100年所产生的生物置.如果把每年所产生物量以干重计,约为1640亿吨,而其中纤维素物质约占40—50%.     

纤维素酶高产菌选育研究进展及未来趋势

纤维素是地球上最丰富、最廉价、年产量巨大的可再生资源.合理开发和科学科用这一丰厚天然资源是世界各国研究开发的重点领域.利用纤维素酶的作用,把纤维素水解成葡萄糖等物质,进一步发酵生产酒精、单细胞蛋白、有机酸等人类急需的能源食物和化工原料等。不仅可以使纤维素变废为宝,而且可以避免由于化石燃料燃烧所带来的环境污染,更重要的是可以缓解或解决石化能源短缺、枯竭所带来的世界性能源危机以及因石油短缺引起的国际问题等.筛选出产高活性纤维素酶的菌株是开发利用纤维素资源的前提和关键.本文总结纤维紊酶高产菌选育的国内外研究进展,概括了迄今为止筛选出的纤维素酶高产菌的微生物种群及其产酶特点,以及诱变育种、原生质体融合技术育种、纤维素酶基因克隆的国内外研究现状。对今后纤维素酶高产菌的选育研究未来发展趋势做了全面的分析和综述.     

纤维素酶的研究应用新进展

纤维素是地球上最丰富的可再生的生物质（biomass）资源，它占植物干重的35％～50％，是地球上分布最广、含量最丰富的碳水化合物，它的降解是自然界碳素循环的中心环节。纤维素的利用与转化对于解决目前世界能源危机、粮食短缺、环境污染等问题具有十分重要的意义。自从1906年在蜗牛消化道发现纤维素酶以来，纤维素的微生物降解问题就得到了足够的关注。纤维素被彻底分解而又无污染的一条有效途径，便是利用纤维素酶的水解作用。自从纤维素酶被人类认识和利用以来，它住许多行业都发挥着重要的作用。目前纤维素酶的应用最多的要数饲料工业和食品工业，本文就对纤维素酶在工业中的应用进展进行了综述。     

纤维素能源的研究动向

当今世界的注意力已经集注于纤维素物质作为燃料、食物、化学制品的开发和利用上面。纤维素物质是地球上数量最大的有机物质,每年的生成总量约有1000亿吨,按全球39亿人口计,人均每天就有70公斤。如果能利用这个总量的10％,每年就可以得到5000亿加仑的液体燃料,相当于美国年耗汽油量的5倍。正因如此,纤维素能源引起了人们的极大兴趣。但就目前的技术状态,这种能源的开发尚未达到大型工业化程度,许多技术问题有待进一步研究解决。为了利用年复一年可以复苏的资源,纤维素须首先降解。本文拟就各种水解技术的新进展进行讨论。     

“绿色石油”——新的植物能源

绿色植物是自然界有效的太阳能储存者.1公顷郁闭森林每年可生产12.9吨干物质,所固定的太阳能约等于5倍粗制石油的能量.目前全球植物能源的年生长量,相当于600—800亿吨石油,而全球石油年开采量约30亿吨,仅相当于植物能源年生长量的4.3%.可见,植物能源可成为人类最重要的再生能源.植物能源曾是人类最早利用的能源.时至今日,人们对植物能源的利用又开发了新的途径.早在70年代初,科学家发现绿色植物能把太阳能变成烃,其分子结构与石油烃很相似,完全可以作为石油的代用品.目前已发现地球上有数千种可生产“绿色石油”     

纤维素酶在酿酒酵母中的表面展示

利用木质纤维素进行生物法生产燃料乙醇在解决世界能源危机上有十分广阔的前景,但该产业受到预处理的限制,因此以酿酒酵母表面展示技术为依托,构建纤维素酶全细胞酶,既能水解木质纤维素又能利用水解木质纤维素得到的糖类发酵生产乙醇.将编码絮凝素锚定蛋白基因flo1与纤维酶基因cbh2串联整合在同一个开放阅读框中并构建p HBM368-PGK-flo1-cbh2重组表达载体.线性化重组表达载体后再导入尿嘧啶缺陷型酿酒酵母INVSc细胞,经由功能筛选及流式细胞法验证纤维素酶成功地展示表达在酿酒细胞表面.通过DNS法测得该全细胞酶在50℃反应1 h酶活为66. 75 U/mL.成功构建了以酿酒酵母为宿主菌的全细胞酶,为后期全细胞酶协同降解秸秆等系列研究奠定基础.     

芒草硫酸水解糖化的研究

芒草是高产的纤维素类植物,作为能源植物受到国内外的广泛关注。利用纤维素类生物质材料生产燃料过程中,秸秆的水解糖化是关键步骤。研究了浓硫酸和稀硫酸的浓度、时间、温度、酸固比对芒草糖化处理的影响,从中筛选出了浓硫酸和稀硫酸处理的最佳条件。之后将二段硫酸处理的最佳反应条件结合:一段为浓硫酸水解,其酸固比为15∶1,酸浓度60%,水解时间30min,水解温度60℃;二段处理稀酸水解条件为酸固比160∶1,酸浓度6%,水解时间120min,水解温度160℃。采用二段水解处理法,总糖收率为36.78%,该二段处理方法条件温和,不需要高压,适宜应用到实际生产工艺中,因此该研究结果为芒草的进一步有效利用提供了基础。     

纤维素酶及其应用

纤维素酶是指能够水解纤维素β-1,4葡萄糖苷的一类酶的总称,它不是单一酶,而是起协同作用的多酶系统。 纤维素是植物细胞壁的主要成分,广泛存在于自然界。但目前大部分没有利用,这不仅是很大的浪费,而且在城市造成公害。如果我们能利用工业废料和农业副产品的纤维素材料转化成糖、酒精和蛋白质,就可能改变依靠农业生产的传统方法,广辟能源、饲料、发酵工     

纤维素酶水酶法提取茶籽油的条件优化及茶籽油成品分析

茶籽油富含不饱和脂肪酸,可与橄榄油媲美,营养价值高,是一种高级植物食用油。纤维素水酶法使用机械粉碎烘烤后的油茶籽,而后加入酶液,通过纤维素酶降解茶籽细胞壁,使茶籽细胞内油脂释放,最后通过离心收集茶籽油。通过酶解时间、酶量、料液比、温度和pH值这5个因素研究纤维素酶水酶法提取茶籽油的最优条件,得到纤维素酶提取茶籽油的最佳条件为酶解时长75 min、酶量60 U/茶籽粉g、料液比1∶4、酶解温度为45℃、体系pH值为4. 5,此时茶籽油提取率最高约为18%。同时还研究纤维素酶水酶法提取的茶籽油的水分及挥发物含量,过氧化值和酸值,并对茶籽油进行成分分析。结果表明纤维素酶水酶法提取茶籽油中油酸含量为70. 49%,不饱和脂肪酸总含量为76. 74%,酸价和过氧化值均低于茶籽油原油国家标准。研究结果可为纤维素酶水酶法提取茶籽油的应用提供参考。     

木质纤维素水解制化学品的研究进展

 木质纤维素是地球上最为丰富的可再生资源,对其进行研究和利用可以有效缓解对化石能源的依赖。木质纤维素的结构较为复杂,因此木质纤维素水解技术是木质纤维素转化过程中的关键。本文介绍了木质纤维素水解产糖技术存在的问题,对比了木质纤维素水解产糖主要方法的优缺点,概述了国内外最近的利用木质纤维素水解方法制备多元醇类化学品、能源化学品、新平台化学品的研究进展。针对木质纤维素的水解难题及木质纤维素水解制化学品的发展方向提出了展望。     

木薯渣预处理工艺和酶水解工艺研究

以木薯渣为纤维素材料,利用稀酸预处理和绿色木霉产的纤维素酶对植物中的纤维素进行降解,同时,分析了木薯渣的主要组分。结果表明：木薯渣中纤维素含量为46．7％,木质素为16．9％,半纤维素为32．6％;当固液比为1：40,HCI浓度为3．5％,反应时间为3．5h时,进行预处理,可以收到较好的处理效果。当水解温度为55℃,pH=4．8,纤维素酶用量为120FPA／g,水解时间为28h时,还原糖的释放量为0．191mg／mL。     

新兴的高科技高效益产业——海洋生物活性物质的研究与开发

海洋是地球上最大的生物生产者和聚集地.据初步估算,海洋浮游植物的产量每年达5 500亿吨,海洋动物年产量约562亿吨,海洋植物光合作用释放出来的游离氧每年达360亿吨,相当于地球大气氧含量的70%(扎依采夫,1980).自古以来,海洋就成为人类生产活动的重要场所.     

泥炭的水解工艺

我国泥炭资源非常丰富,贮量约为50亿吨。泥炭不仅可用作能源,还可将其中所含丰富的纤维素和半纤维素水解为单糖,制得含有蛋白质的饲料酵母;不能被酸水解的残渣可进一步加工成合成饲料酵母,从而节约大量粮食。 泥炭的水解是用稀酸溶液使泥炭中所含的纤维紊和半纤维素转化成单糖,单糖产率愈高,利用价值愈大。笔者在大量实验的基础上,研究     

松材线虫纤维素酶的活性鉴定和病理分析

分别选取了不同来源的三株松材线虫,对其可能的致病因子纤维素酶进行了基因克隆,其大小分别为1159、1138和1159 bp.随后的同源性分析结果表明这三个基因与已报道纤维素酶基因BX-eng-3具有较高的同源性,仅于含有较多重复序列处存在重复次数的差异,同时,由此获得的亲缘关系的结果与RAPD分析结果一致.对四种纤维素酶进行表达及活性确认表明四种纤维素酶水解纤维素能力相当,即纤维素酶所具有的致病性与酶活力自身无关,而是与其表达量相关,暗示存在差异的基因序列可能是纤维素酶的连接域,不影响酶的活性.选取其中一种纤维素酶BXC10进行松树纤维素水解实验,分别进行扫描电镜观察、还原糖分析和小角X射线衍射分析,结果均表明纤维素酶能有效水解松树纤维素,是重要的松材线虫病的致病因子,进一步为酶学学说提供了理论基础.     

产纤维素酶沙棘根瘤内生放线菌的筛选、鉴定及其酶活性测定

以中国沙棘根瘤中分离纯化得到的内生放线菌为材料,筛选高产纤维素酶的菌株,并对其产生的纤维素酶活性进行检测.实验以羧甲基纤维素钠(CMC-Na)为唯一碳源,结合CMC-Na刚果红染色水解圈法筛选得到1株高产纤维素酶的放线菌,利用插片法观察其显微形态特征,结合生理生化试验及16S rRNA基因序列分析,鉴定出该纤维素酶高产菌为橄榄色链霉菌(Streptomyces olivaceus).通过3,5-二硝基水杨酸(DNS)比色法测定该菌株产纤维素酶的活性,并利用单因素法对该菌株的产酶条件进行了优化.结果表明,该菌株产纤维素酶的最适pH为7.0,温度为28℃、160 r·min~(-1)振荡培养48 h后,该菌株所产生的纤维素酶活性最大,酶活性为46.3 U·mL~(-1).     

玉米秸秆水解的酶法与稀酸法比较

探讨玉米秸秆在纤维素酶及稀酸作用下的水解方法,并从水解影响因素（水解时间、温度、底物浓度等）及水解机理上,比较了两种纤维素酶与稀硫酸对玉米秸秆水解特性.结果表明：由于酶和酸的水解机理不同,对玉米秸秆的水解影响也不一样,酶水解速度慢,水解得率高,条件温和;稀酸水解速度快,水解得率低,对设备要求高.如果酸和酶结合,则玉米秸秆水解得率有很大的提高.     

利用纤维素酶水解碱处理稻草生产葡萄糖

针对木质纤维素结构复杂、难以降解利用,焚烧时导致环境污染的问题,利用纤维素酶将木质纤维素中的纤维素水解为葡萄糖.首先,使用NaOH溶液对稻草进行预处理;其次,对预处理前后的稻草进行扫描电镜、 Fourier变换红外光谱和X射线衍射分析;最后,使用Aspergillus niger Q7生产的纤维素酶水解预处理稻草.结果表明：预处理后的稻草纤维结构被打开,表面积增大,结晶度上升;预处理稻草纤维素含量上升,半纤维素和木质素含量下降;预处理后比预处理前的稻草产生的葡萄糖量高.     

在硅胶层析薄板上的化学反应(Ⅱ) 直链淀粉、纤维素之酸水解过程的研究

本文报导直链淀粉、纤维素在硅胶层析薄板上,用酸蒸气水解所展开的结果。从色谱图推断得如下诸要点: 1.直链淀粉和纤维素之酸水解的最初产物为葡萄糖,最终产物亦为葡萄糖,但混有异麦芽糖,其过渡产物为不同聚合度的寡糖。在整个酸水解过程中,过渡产物寡糖的聚合度的变化,是由1增到最多,再减少到最终平衡聚合度。 2.葡萄糖和直链淀粉在相同条件下各与酸蒸气反应,产物基本一致,这意味着淀粉之酸水解产物中有葡萄糖的回复产物(reversion products)。而纤维素之酸水解产物与葡萄糖的回复产物不尽相同。纤维素酸水解产物之纤维糊精的R_f值介于麦芽糊精和异麦芽糊精之间,但在最终平衡产物中变为异麦芽糖。 3.直链淀粉酸水解产物中,聚合度相同的某些寡糖,出现了一些哑铃形的色斑。它们的浓度和出现的聚合度有一定的规律。而纤维素之酸水解产物中尚未观察到此种现象,但在用18％HCl水解25分钟以后。谱图中有向异麦芽糖转变的现象(见图6b)。     

汽相酸水解糠醛渣制取乙酰丙酸实验研究

为了提高生物质各组分的综合利用率,利用生物质经汽相酸水解生产糠醛的残渣制备乙酰丙酸,通过对4种反应条件下的糠醛残渣进行纤维素分析,汽相酸水解制糠醛过程中纤维素的转化率可低于10%,且水解过程糠醛收率高于70%,乙酰丙酸收率高于50%;此外提高酸浓度和压力虽然提高了半纤维素的转化率,但过度的加压和提高酸浓度反而不利于后续乙酰丙酸的制备.     

纤维素水解液对鸡腿菇纤维素酶诱导特征

利用正交实验法探讨纤维素不完全降解物诱导鸡腿菇产纤维素酶的特征．实验结果表明：分子结晶化程度及单体结构组成不同的纤维素原料的不完全降解物对菌种产纤维素酶的诱导有明显差异，其中结晶度低的高粱渣水解液96h可使纤维素酶FP活力高出对照组约30％；其次，水解液浓度和培养条件对菌菇产酶也有一定影响．诱导鸡腿菇产纤维素酶的最适条件为0．5％酸解高粱渣，25℃，100r／m转速，pH5．5．这可以为食用菌栽培生理的调控提供一定的基础数据．