木质纤维素生物质是一种量大面广且廉价易得的可再生资源,已逐步实现由生物质向生物燃料、饲料原料和其他附加值产品的开发及应用,这样的高值转化与综合利用成为"走绿色发展道路、构建绿色生产体系"的重要部分.然而,木质纤维素的天然抗降解屏障及其独特的理化性质,纤维素-半纤维素-木质素三大组分的刚性网络一直是高效转化的瓶颈所在,合理有效的预处理技术则是资源化进程的关键步骤.本文落脚于木质纤维素生物质的基本组成和结构特性分析,在总结物理法、化学法、生物法等传统预处理方法优劣势的基础上,着重阐述了蒸汽爆破的发展历程、加工类型、适用范围、工作原理、反应阶段、技术特点、影响因素、主要参数和可能的副产物效应等,以及在生物质的纤维改性、结构变化、溶解特性、低聚糖制备、活性成分提取与反刍饲料化利用层面的研究进展.此外,还指出蒸汽爆破辅以真菌、细菌为主的微生物发酵,以及糖酶外源添加的后处理流程的发展趋势.最后,归纳了蒸汽爆破在未来商业化、工业化和规模化生产推广中可能面临的困难和挑战,分析提出相应的突破点和解决策略.并就蒸汽爆破技术对常见副产物类型饲料原料的降解效果,及其在单胃动物日粮中的合理应用进行展望,以期为该技术对生物质资源的开发、增值、饲料化应用的诸多潜能提供新思路和技术指导.

为了解循环酶解过程对玉米秸秆酶解糖化的影响及循环酶解液对隐球酵母SCTCC300292发酵产油脂的影响,通过HPLC检测玉米秸秆循环酶解液的糖组分及含量,比较菌株SCTCC300292利用循环酶解液及同等糖浓度合成培养基的油脂发酵效果.结果显示:蒸汽爆破玉米秸秆的循环酶解过程使酶的添加量降低了40％,前5轮酶解液的糖组分和含量基本一致,葡萄糖、木糖和阿拉伯糖的平均含量为33.63 g/L、10.55 g/L和4.02 g/L,最后一步酶解虽然不添加新的酶和底物仍继续产糖,整个酶解过程的糖转化率由74.84％提高至82.32％,糖得率由479.4 g/kg提高至527.36 g/kg,且产糖速率较高约2.20 g L-1 h-1.菌株SCTCC300292利用玉米秸秆的循环酶解液完成了6轮油脂发酵,前5轮发酵的生物量、油脂产量和油脂含量基本一致且平均值分别为10.84 g/L、5.08 g/L和46.86％,其最终油脂得率提高至54.6 g/kg.本研究表明快速循环酶解过程可促进玉米秸秆的彻底水解并降低生物转化成本,可为进一步实现高效、经济、环保的生物炼制提供参考.

为了解木质纤维素水解过程中木聚糖酶作为辅助酶对纤维素酶的协同促进作用,采用实验室保存的单展示3种纤维素酶(内切葡聚糖酶EGII、外切葡聚糖酶CBHII和β-葡糖苷酶BGLI)和2种木聚糖酶(β-D-1,4内切木聚糖酶XynII和β-D-1,4外切木聚糖酶XylA)的酿酒酵母功能菌群,以蒸汽爆破玉米秸秆为底物进行乙醇发酵实验(SSF). 结果显示,以蒸汽爆破玉米秸秆为底物时,加入纤维素酶和木聚糖酶共发酵96 h的最高乙醇浓度达到0.695 g/L,乙醇产率为0.254 g/g,相当于理论值的49.8％,纤维素酶与木聚糖酶之间的协同因子(DS)最高达到1.16(始终大于1). 本研究表明在细胞表面展示体系中适量添加木聚糖酶对纤维素酶水解底物具有较明显的促进作用,为直接以木质纤维素为原料制取纤维素乙醇提供了一定的可行性依据,可通过调节单展示酵母细胞在菌群间的动态比例实现对酶协同作用的优化调控. (图5 表3 参17)

为了研究纤维素预处理技术成熟度情况,基于多源文献数据利用Fisher-Pry模型对蒸汽爆破法、酸处理法、碱处理法和生物法等主要预处理技术成熟度进行了研究.结果表明,蒸汽爆破法、酸预处理法及碱预处理法从2005年之后快速发展,目前基本处于成熟阶段,但由于这些方法本身存在水解产生抑制性产物、腐蚀性、成本高等缺陷,很难取得进一步的突破.生物法目前还正处于快速成长阶段,具有很大的前景,经过Fisher-Pry曲线拟合,预计生物法到2043年左右达到成熟.

黄酮类化合物广泛存在于药用植物中,有着非常重要的药用价值.其药理作用主要表现在抗氧化、抗肿瘤、抗突变、抗炎、抗菌、抗衰老等方面.黄酮类化合物的提取是其应用于疾病治疗中的关键环节,近年来有许多新兴的中药提取方法广泛应用到了黄酮类化合物的提取当中.综述了黄酮类化合物提取新方法的应用概况,主要包括超临界流体萃取(SFE)、超声辅助提取(UAE)、微波辅助提取(MAE)、加压液体提取(PLE)、脉冲电场(PEF)辅助提取、酶辅助提取(EAE)、绿色溶剂提取、蒸汽爆破辅助提取、动态高压微流化(DHPM)辅助提取等,以期对黄酮类化合物的提取、开发和利用提供参考.

[目的]为研究HcLPMO的活性测定方法及其与纤维素酶的协同降解特性.[方法]利用大肠杆菌表达系统进行HcLPMO异源表达,研究以AmplexTM Ultra Red为荧光底物的LPMOs活性检测条件;研究HcLPMO与纤维素酶最优配比协同降解微晶纤维素及其他多种生物质底物的能力.[结果]表达条件确定最适装液量为20％,最适诱导温度为20℃.活性测定研究结果表明HcLPMO需先与铜离子结合才具有活性,电子供体抗坏血酸钠(ASC)最适浓度为10-4mol/L,并发现AmplexTM Ultra Red浓度以及辣根过氧化物酶浓度对酶活的检测影响较小.HcLPMO与纤维素酶协同降解微晶纤维素研究确定HcLPMO与纤维素酶最优配比为2∶3,葡萄糖产量相较纤维素酶单独作用提高了99.48％.此外,针对多种生物质底物,发现该酶与纤维素酶的复配体系对汽爆玉米秸秆和微晶纤维素的协同降解效果较好,相较于单独用纤维素水解酶,葡萄糖产量分别提高了63.81％和59.43％,而对碱处理玉米芯和木薯渣降解效果次之,葡萄糖产量仅分别提高35.41％和11.06％.[结论]HcLPMO与纤维素酶复配能够有效提高酶法降解纤维素效率;而底物前处理如蒸汽爆破或碱处理对于HcLPMO与纤维素酶协同降解木质纤维素影响较大.

以蒸汽爆破预处理酒糟为主要原料,前期筛选菌株作为发酵菌种,以期优化发酵条件并生产富含功能成分酒糟饲料.将粗蛋白含量和烟酸含量作为主要指标,粗纤维含量和乙偶姻含量作为次要指标,通过单因素试验与正交试验结合探究麸皮添加量、装料量、初始pH、发酵时间、发酵温度及接种量对混菌固态发酵白酒糟的影响,进而优化酒糟发酵条件.结果表明酒糟发酵最佳工艺条件为:基料中麸皮添加量5％、装料量80 g、初始pH 3.70、发酵时间5 d、发酵温度30℃、接种量10％.与优化前相比,粗蛋白含量提高了1.56％(35.21％),粗纤维含量降低了33.11％(12.73％),烟酸含量增长率达到290.32％(1.21 mg/g酒糟),乙偶姻含量保持基本不变(37.30 mg/g酒糟).