木质纤维素预处理衍生抑制物对产溶剂梭菌的胁迫机制及解抑制策略研究

产溶剂梭菌利用木质纤维素类生物质生产丁醇等液态燃料,是缓解当前能源紧缺、温室气体过量排放的有效途径之一。预处理操作是木质纤维素生物转化的关键步骤,而在此过程中衍生的一系列发酵抑制物是限制其高效/高值转化的主要瓶颈;了解木质纤维素在不同预处理条件下的抑制物衍生特征、解析产溶剂梭菌对该类物质的胁迫响应机制,并建立高效的解抑制工程策略,是实现梭菌高效合成生物丁醇的关键。基于此,首先,介绍多种预处理工艺的优缺点及衍生抑制物种类和质量浓度特征,其次,阐述产溶剂梭菌对主要预处理抑制物的胁迫响应机制,并重点介绍各类高效的解抑制工程策略。最后,展望了木质纤维素高效转化生产燃料的发展趋势,探讨包括应用人工神经网络辅助的预处理工艺优化、基于适应性实验室进化策略和合成生物学等技术手段强化菌株耐受抑制物的鲁棒性能等研究方向。本文将为木质纤维素资源转化和生物丁醇的高效生产提供借鉴。     

显微技术在木质纤维素生物质预处理 研究中的应用进展

木质纤维素生物质细胞壁中主要组分(纤维素、半纤维素和木质素)相互交织形成的网状结构是生物质转化过程中的天然抗降解屏障。有效的预处理能打破这种屏障,提高酶水解转化效率。显微技术包括显微镜技术和显微光谱技术,能够在多尺度下展现木质纤维素生物质在预处理中细胞壁微观结构变化和组分含量等信息。笔者介绍了原子力显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、显微拉曼光谱等显微技术在木质纤维素生物质预处理过程研究中的应用。利用显微镜技术可直接观察预处理中细胞壁表面结构的变化,并分析其对酶水解可能产生的影响; 利用显微光谱技术可原位分析预处理对细胞壁组分化学结构与超微结构的影响; 多种显微技术组合弥补了单一手段的不足,可获得木质纤维原料生物构造、组分含量及分布等方面更为详细的信息。     

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.     

木质纤维素高效降解菌株的筛选及其对小麦秸秆的强化降解

为有效加速废弃生物质的转化速度,以林下土壤为菌种来源进行木质纤维素高效降解菌株的筛选和鉴定,利用BBD(Box-Behnken-Design)二阶模型优化其对木质纤维素的降解条件,并探究预处理对细菌菌株降解小麦秸秆的影响.结果显示,初筛共计筛选出5株对木质纤维素具有降解能力的细菌菌株,经复筛后获得1株对木质纤维素具有较强降解能力的细菌菌株(RS22),经16S rRNA基因鉴定为Klebsiella oxytoca.RS22的滤纸酶、羧甲基纤维素酶和半纤维素酶活性分别为1.01、0.82和5.87 U·mL^-1,其对木质纤维素的最佳降解条件为pH:6.8、温度：30.9℃和转速56.8 r·min^-1.小麦秸秆降解实验表明,经化学预处理后的小麦秸秆木质纤维素总量降低最为明显,达到了54.30%,各处理中滤纸酶、羧甲基纤维素酶和半纤维素酶活性均呈现随时间缓慢增加的趋势,而对照组中各种酶活性变化呈“M”型.结晶度分析显示,除粉碎预处理外,其他处理组的小麦秸秆生物降解后木质纤维素的结晶度均有一定的提高,说明RS22可以有效加速非晶态木质纤维素的降解...     

离子液体在纤维素资源化利用中的应用研究进展

作为地球上最丰富的可再生有机碳资源,木质纤维素的高效利用,对缓解全球能源危机和解决地球环境问题,实现人类社会的可持续发展具有重要意义.作为一种绿色、高效的反应介质材料,离子液体在木质纤维素的资源化转化与利用方面的研究受到了广泛关注.基于此,本文对离子液体作为溶解纤维素的溶剂、在木质纤维素的预处理方面的应用以及作为催化剂催化纤维素的降解反应方面的研究进展进行了综述.其中,对于离子液体作为溶解纤维素的溶剂方面的研究已经取得了很大的进展,不仅研究了大多数常规离子液体对纤维素的溶解性能,而且,大量的功能化离子液体被合成出来用于溶解纤维素,很多的新的技术与手段也被发展应用于提高和改善离子液体对纤维素的溶解性能;离子液体在纤维素的预处理方面也显示出了优良的性能,离子液体预处理的生物质的酶降解效率得到了很大的改善,但这方面的研究仍缺乏系统完整的实验数据和完善的理论支撑;相对来说,使用离子液体作为催化剂催化纤维素的降解反应的研究发展比较滞后,具有优良的催化性能的离子液体催化体系很少,使用离子液体催化纤维素的降解反应还存在反应条件苛刻,催化效率低下,需要其他的无机酸或金属基助催化剂等问题.最后,对离子液体介质中木质纤维素的资源化利用技术中存在的问题与挑战、未来的发展趋势及工业化应用前景进行了分析与展望.     

木质纤维原料制乙醇原料预处理技术

从预处理的必要性出发，论述了木质纤维原料的预处理技术，分析了主要预处理技术的特点和处理纤维质原料的效果，并对未来预处理技术的发展方向提出了建议，供从事木质纤维素制乙醇的研究人员参考。     

玉米秸秆水解液的黑曲霉发酵生产高浓度柠檬酸

柠檬酸是在饮料、制药、化妆品等领域有广泛应用的重要有机酸。利用玉米秸秆等木质纤维素原料生产柠檬酸可以显著降低其生产成本。目前,木质纤维素柠檬酸发酵的技术指标偏低,不具备工业应用价值。本文以黑曲霉Aspergillus niger SIIM M288为发酵菌株,以干法稀酸预处理和生物脱毒后获得的玉米秸秆酶水解液为原料,在优化条件下柠檬酸发酵质量浓度达到97.45g/L,相对于葡萄糖的得率达到了87.27%,是迄今为止所有报道的最高指标,已经接近以淀粉为原料的柠檬酸发酵指标。这一结果为以木质纤维素为原料生产柠檬酸的技术产业化提供了重要的依据。     

酸性阳离子交换树脂催化降解木质纤维素制备可还原糖

 为研究木质纤维素中不同组分的降解规律,以自制强酸性阳离子交换树脂为催化剂,对秸秆、蒸汽爆破预处理秸秆和微晶纤维素(MCC)进行降解处理研究。考查了催化剂用量、反应温度、反应时间等对秸秆降解反应的影响,比较了纤维素和半纤维素降解效果。研究结果表明,在微波加热条件下,以离子液体[Amim]Cl 为溶剂时,当催化剂与木质纤维素质量比为1∶1、反应温度为140~160℃、反应时间为20~40 min 时,总还原糖收率最高可达92%且半纤维素较纤维素易于降解,在140℃反应30 min,木糖收率最高为47.3%,在160℃反应40 min,葡萄糖收率最高可达45.8%。比较木屑、蒸汽爆破预处理的木屑和微晶纤维素催化降解情况,结果表明,酸性阳离子交换树脂对它们均具有有效的催化效果,其中微晶纤维素降解效果最好。     

热化学预处理玉米秸秆制备沼气发酵原料

由于木质纤维素原料的特殊结构,导致其在发酵过程中存在发酵启动慢、易结壳、原料利用率低等问题.以玉米秸秆为发酵原料,利用流化床热解反应器在200℃下对其进行了热化学预处理,并对预处理前后玉米秸秆的木质纤维素含量进行了测定.采用扫描式电子显微镜对处理后的玉米秸秆进行了微观结构表征.结果表明:处理后的玉米秸秆其木质素含量远低于未处理玉米秸秆,去除率达到32.57%;经过热化学预处理的玉米秸秆表面结构变得松散且有孔洞产生.实验证明热化学预处理利于发酵,能够提高产气速率,增加产气量.     

超声波预处理下的稀酸-球磨系统降解桦木木屑

为研究木质纤维素水解技术,利用超声波结合稀酸球磨系统的方法降解桦木木屑.在pH=5的柠檬酸中处理36小时后,桦木木屑的还原性糖产率为130mg/g wood,主要的单糖组分为木糖、葡萄糖和甘露糖.利用X-射线衍射仪和紫外扫描仪对于球磨前后木屑的晶体结构和化学键变化进行表征,结果显示:稀酸球磨系统可以在常温常压下较好地水解木屑的木质纤维素.其中木质纤维素的结晶度明显降低,产生更多的不定形态纤维素,并且木质素部分被破坏,说明超声波预处理过程提高了纤维对化学试剂的可及性,促进木屑的糖化水解.     

木聚糖的提取分离和应用研究进展

木聚糖是自然界中除纤维素外含量最丰富的一种聚糖，而木质纤维素中半纤维素、纤维素和木质素3大组分构成的复杂结构是获得木聚糖的主要障碍。本文结合最新研究成果着重阐述从木质纤维素中制备木聚糖的主要方法及分离纯化策略，介绍木聚糖在食品、医药、材料等领域的应用，并对木聚糖未来的研究发展方向进行展望。     

新型木质纤维素气凝胶的制备、表征及疏水吸油性能

 为制备一种新型的木质纤维素气凝胶,采用化学预处理、溶解再生与冷冻干燥相结合的方法,对废弃的麦秸杆进行提纯、溶解、置换和干燥,并采用绿色、无毒、低廉的氢氧化钠/聚乙二醇溶液作为纤维素溶剂。采用扫描电镜（SEM）、BET 比表面积分析、X 射线衍射仪（XRD）、傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）和热重分析仪（TGA）,对制备的新型木质纤维素气凝胶的微观形貌、比表面积与孔径分布、晶型结构、化学结构及热稳定性进行表征。结果表明,制备的新型木质纤维素气凝胶具有连续、层叠的三维网状结构,比表面积为99.17 m²/g,总孔容为0.45 cm³/g;纤维素气凝胶的晶型由纤维素I 型转变为纤维素Ⅱ 型,结晶度为72.3%,相对于原料提高了23.4%,热稳定性也略微升高;并利用三甲基氯硅烷（TMCS）进行疏水改性,制备出了具有疏水性能的纤维素气凝胶。提供了一种新的制备木质纤维素气凝胶的有效溶剂,且具有高吸附性能、高承重能力、高结晶度的纤维素气凝胶是一种具有较大应用潜力的新型功能材料。     

木质纤维原料生产燃料乙醇技术路线研究

分析木质纤维原料转化为燃料乙醇过程存在的障碍。结合国内外最新研究进展,提出杏鲍菇栽培-乙醇生产、黄孢原毛平革菌液态发酵预处理-乙醇生产、白蚁酶降解-乙醇生产3条潜在可行技术路线。     

米曲霉木聚糖酶高产菌株选育

以米曲霉C-2为出发菌株,紫外诱变后,利用透明圈初筛,再分别以农业废弃物1％蔗渣-1％麸皮复合物、2％蔗渣、2％碱提蔗渣半纤维素和2％纤维素溶剂分馏法(CSLF)提取的蔗渣半纤维素为碳源摇瓶复筛,得到一株高产木聚糖酶的米曲霉菌株A73.结果表明:米曲霉A73在上述碳源培养基中,产木聚糖酶酶活力比出发菌株分别提高了281...     

微生物利用木质纤维原料产木聚糖酶研究现状

木聚糖酶在食品、饲料、造纸等领域具有重要的应用价值,而生产成本是决定微生物木聚糖酶能否实现工业应用的关键因素之一.木质纤维原料富含木聚糖,许多能够利用廉价的木质纤维原料诱导产生木聚糖酶的微生物得到了分离,有效地降低了酶制剂的生产成本.综述了微生物利用木质纤维原料产木聚糖酶的研究现状,重点关注了微生物木聚糖酶的产生、特性及发展前景.     

白腐菌对秸秆中木质素生物降解的研究

研究了白腐菌及其产生的木质素降解酶系对秸秆的木质素生物降解方法，探讨了黄孢原毛平革菌和杂色云芝单一菌株生物降解及双菌株联合降解木质纤维素的规律，白腐菌双菌联合固态培养可使木质素降解率达到47．64％，脱木素选择性为4．74．采用模拟大规模白腐菌堆积培养（厚度30cm）的方法降解秸秆木质素，培养30d，木素降解率为32．54％，表明此方法是一种可行的大规模生物顸处理方法．     

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。     

Metagenomic and functional analysis of hindgut microbiota of a wood-feeding higher termite

From the standpoints of both basic research and biotechnology, there is considerable interest in reaching a clearer understanding of the diversity of biological mechanisms employed during lignocellulose degradation. Globally, termites are an extremely successful group of wood-degrading organisms and are therefore important both for their roles in carbon turnover in the environment and as potential sources of biochemical catalysts for efforts aimed at converting wood into biofuels. Only recently have data supported any direct role for the symbiotic bacteria in the gut of the termite in cellulose and xylan hydrolysis. Here we use a metagenomic analysis of the bacterial community resident in the hindgut paunch of a wood-feeding 'higher' Nasutitermes species (which do not contain cellulose-fermenting protozoa) to show the presence of a large, diverse set of bacterial genes for cellulose and xylan hydrolysis. Many of these genes were expressed in vivo or had cellulase activity in vitro, and further analyses implicate spirochete and fibrobacter species in gut lignocellulose degradation. New insights into other important symbiotic functions including H2 metabolism, CO2-reductive acetogenesis and N2 fixation are also provided by this first system-wide gene analysis of a microbial community specialized towards plant lignocellulose degradation. Our results underscore how complex even a 1-microl environment can be.     

声波与其他方法联合作用脱除细颗粒物的研究进展

声波团聚可作为一种有效降低可吸入颗粒物污染的预处理措施.针对现有声源条件下,单一的声波团聚作用对细颗粒物的清除效率较低且能耗较大的缺点,分析采用声波团聚联合其他方法共同作用来高效脱除细颗粒物.分别阐述种子颗粒、喷雾、蒸汽相变联合声波团聚作用的团聚机理及实验装置,具体分析了3种联合作用提高声波团聚效率的理论依据及影响因素,对比了3种联合作用的优缺点及适用范围,丰富了声波团聚理论,并彰显了联合声波团聚的优势.此外,提出联合声波团聚的研究方向,为高效脱除细颗粒物、降低环境污染提供了更好的途径.     

花粉愈伤组织群体偏态分离的SSR标记鉴定

利用水稻花粉育性基因S-b的SSR分子标记RMl3，鉴定籼粳稻杂种Fl的花粉愈伤组织的基因型，以确定每块愈伤组织在S-b座位的遗传来源，结果表明该座位的等位基因S^i或S^j在愈伤组织群体中分离比不符合1：1的规律，出现偏态分离现象．选择不同培养基及增加预冷处理不会改变偏态分离的方向，但预冷处理会增大偏分离的趋势．为进一步解释DH群体构建中的某些基因的偏态分离现象提供了依据，同时讨论了将SSR标记引入组织培养体系的可行性．