学校代码：__________
学号：1302021001
Hefei University
生物工程下游技术综述
论文题目：木质纤维素预处理方法研究进展
学科专业：生物xx
作者姓名： xxx
导师姓名： xxx
完成时间： 201x.xx.xx
生物工程下游技术
木质纤维素预处理方法研究进展
摘要
木质素是自然界中仅次于纤维素的可再生复杂天然高分子化合物原料，因其产量巨大，长期以来被视为有发展前途的生物质材料，但由于木质素本身结构的复杂性，导致其在预处理过程和工业应用中存在诸多问题与困难。本文介绍了传统木质素预处理方法，如:酸法和碱法等；并归纳了近年来在木质素提取方法上的新进展与新思路：在预处理过程中，研究人员使用物理、化学和生物技术，尝试了多种绿色环保的预处理手段。最后对预处理技术的发展方向予以展望。
关键词:木质纤维素材料;燃料乙醇;预处理；新进展
1.前言
木质素是自然界中含量第二的天然高分子化合物，其含量仅次于纤维素。它是制浆造纸工业的主要副产物，也是木材水解工业中不可缺少的副产物，是重要的可再生资源之一。到20世纪末，可再生能源产生的能量已占到世界总能量消耗的13%，其中有很大一部分是利用生物质材料所提供的能量。世界各国对生物质尤其是木质素等原料在生物能源应用方面已经有一定的规模，如加拿大等木材资源丰富的国家，生物质材料所产生的能量已占居民生活总能量的5%，占整个工业消耗能量的17%[1]。
面对日益严峻的资源、环境等问题，寻求环境友好且可再生的新能源成为亟需解决的问题。生物质能直接或间接地来源于植物的光合作用，是太阳能以化学能形式存在于生物中的一种能量形态，是唯一可再生的碳源，能够转化成常规的气态、固态或液态的燃料。目前使用木质纤维素材料生产燃料乙醇已经达成共识，并成为生产燃料乙醇的最佳途径。据文献报道，全球每年可产生约1×1010Mt纤维质原料，但是每年用于工业过程或燃烧以提供热量的纤维质原料仅占总产量的2%左右，若能通过生物转化成燃料乙醇，必将对能源紧张的局势有所缓解［2］。
天然木质纤维素材料的结构与性质非常复杂，半纤维素通过氢键与纤维素相连，其侧链通过阿魏酸或醛酸与木素相连，半纤维素与木素将纤维素包裹起来，形成了难以被微生物所降解的聚合体。并且，纤维素本身高度结晶，难以被纤维素酶水解。因此，对木质纤维素材料进行预处理是增加纤维素转化率的必要条件［3］。预处理是用木质纤维素材料生产燃料乙醇的关键技术之一，同时被认为是酶法生产燃料乙醇过程中影响生产成本的关键性因素之一。预处理方式的选择将直接影响到纤维素的水解效率，从而影响到乙醇的产率［4］。下面将对影响预处理效果的因素及传统和新型木质素的预处理方式进行综述。
2.生物质的抗降解屏障及影响纤维素水解效率的因素
绿色植物在长期进化过程中，为了适应环境，进化出了一套结构严密而有效的以抵抗环境因素及微生物降解的防御体系。Michael等［5］指出植物的天然结构是生物质抗化学与酶解的天然屏障，并将其细分为以下8个方面:①植物的表皮组织;
②维管束的密度和分布;③厚壁组织的相对含量;④细胞壁成分的复杂性及其结构的异质性;⑤木质化的程度;⑥次生壁外的瘤状层;⑦降解酶组分与不溶性底物的相互作用过程;⑧细胞壁中存在的及转化过程中所产生的抑制物质。
木质纤维素材料经过预处理后，纤维素水解效率的差异取决于预处理方式的选择、所处理物料的特性、纤维素酶用量及酶系的组成。
预处理强度对纤维素的水解效率有着显著的影响，为了获得较好的纤维素水解效率，需要适当提高处理强度，但是强度的提高会增加能量的消耗，同时也会降低糖的回收率，因此需要在纤维素的水解效率与能量消耗及糖回收率之间找到平衡点［6］。
木质纤维素的预处理方法研究进展
3预处理评价标准
同种预处理方式处理不同的物料，在相同的酶用量下，很难获得相同的处理效果，因此应根据处理物料的结构及化学组成的特性选择适宜的处理方式，从而能够减少对发酵有抑制作用物质的生成及在低酶用量下获得较高的纤维素水解效率，同时工艺路线应尽量简单，以减少设备投资;水和能源的消耗也应成为考虑的对象，同时应兼顾到下游的纤维素水解、乙醇发酵、废水废渣的处理。
因此高效的预处理应兼顾到以下几个方面:①原料的普适性，能够使用多种原料将会对降低纤维素乙醇成本有所帮助;②较高的纤维素水解效率;③纤维素及半纤维素损失少;④较少的发酵抑制物;⑤较低的能量消耗及设备投资;⑥没有或者产生很少固体废渣;⑦较少的水用量;⑧能获得较高的可发酵糖浓度;⑨木素能够回收;⑩较少的热量及电能的消耗。
4传统木质素预处理方法
4.1酸法预处理
酸法预处理是指采用稀酸、浓酸对木质纤维素材料的预处理方式。采用稀酸预处理木质纤维素材料，稀酸的质量分数在0.5%～1.0%效果较好。原料被粉碎成粒径约为1mm的小颗粒，将稀酸溶液与待处理的木质纤维素材料混合好，加热，将温度升至预设温度，处理时间从几秒钟到几十分钟。在处理过程中半纤维素降解成木糖等五碳糖，但是在酸性条件下木糖会进一步地降解成糠醛等抑制物，对后续的乙醇发酵产生抑制作用。
木质纤维素材料经稀酸处理之后，纤维素的平均聚合度下降，反应活性增加，水解率显著增加，但是木素在处理过程中不会被降解且会发生一定程度的缩合。稀酸水解分为高温低固形物含量及低温高固形物含量2种方式，高温低固形物含量下进行处理可以高效地去除半纤维素，由于半纤维素的部分或全部脱除，纤维素的转化率可以有很大程度的提高［6］。
4.2碱法预处理
碱法预处理是利用木素能够溶解在碱性溶液的性质，以破坏木素的结构，从而提高酶解效率。碱法预处理可以切断木素与碳水化合物的连接键，并且纤维原料在碱性环境中可以发生润胀，从而使得纤维材料更加容易被纤维素酶所降解。由于碱法预处理主要是通过脱木素起作用，其对于农业废弃物及草本植物的效果较好，而对木材的效果较差.
NaOH溶液预处理木质纤维素材料是应用广泛且有效的纤维原料预处理方式，其具有很强的脱除木素的能力。使用NaOH处理纤维原料虽然可以有效地脱除木素及降低纤维素结晶度，但在木素脱除的同时，半纤维素也被降解，处理之后需要使用大量酸中和，且NaOH价格高，限制了此方法的使用。将Ca(OH)2运用于木质纤维素材料的预处理是另一种有效的碱处理方式，其来源广泛、价格便宜，预处理之后可以使用CO2与溶液中的Ca(OH)2进行反应得到沉淀CaCO3，经过煅烧之后可以重新得到Ca(OH)2。
4.3 有机溶剂预处理
在传统预处理方法中，采用有机溶剂对木质纤维素材料进行预处理是其中重要的一种。采用有机溶剂处理的优势在于，有机溶剂可以通过蒸馏而回收，处理过程中得到的糖和木素可以作为生产其他化工产品的原料。很多有机溶剂(低沸点醇:甲醇、乙醇;高沸点醇:乙二醇、丙三醇及二甲亚砜，醚类、酮类、酚类等)及有机溶剂的水溶液都可以运用于木质纤维素材料的预处理(温度100～250℃，添加酸作为催化剂)，尤其是添加适量的酸后可以在较低的预处理温度下进行，甚至是在室温条件下也可以获得较好的处理效果。当在高温(185～210℃)条件下进行有机溶剂预处理时无需额外添加催化剂(酸)，在高温条件下，木质纤维原料降解产生的有机酸
生物工程下游技术
本身对预处理过程有催化作用，但是使用酸作为催化剂会加速木素及半纤维素的脱除速率［7］。
5木质素预处理的新方法
在自然界中，木质素与纤维素、半纤维素等高分子材料呈共生状态，所以，不论是分层次利用天然纤维还是要提高木质素的利用率，木质素的预处理在工业应用中都不可避免，因此，研究人员对木质素的回收、提纯给予了很多关注。大体上说，木质素的预处理方法可分为酶解法、化学法、光催化法等。
5.1酶解法
美国Iowa State of University的Tae Hyuu Kim[8]采用不同的预处理方法得到多种木质素，并将他们添加到酶处理纤维素的体系中。研究发现，无论用何种方法，获得的木质素对酶处理纤维素这一过程都有普遍的抑制作用，并且抑制作用的强弱和预处理方法有着密切的关系；同时发现，碱性木质素对酶降解纤维素有最强的抑制作用。研究人员试图在实际生产中模拟这种方法，即利用酶催化降解经过预处理的木质素和纤维素的混合物，从而寻找到最优的木质素预处理方法，以将木质素和纤维素及半纤维素分离。
5.2光催化法
处理木质素的手段并不局限于传统的诸如热水处理、酸处理和碱处理等方法。将光化学技术应用于木质素，是绿色化学在化学工艺进步方面的体现。因为光化学所使用的绝大部分能量可用绿色能源来替代，因此该技术结合木质素这种传统工业废料的回收利用，可进一步对环境保护产生深远的影响。
韩国的Hee-KyoungKang等人[9]利用TiO2和UV手段预处理水稻秸秆，并用酶把秸秆中的纤维素转化成乙醇，再用测定酶降解后所获得的葡萄糖数量表征木质素降解的程度。该方法可以避免传统降解过程中不可回避的高温高压以及其他强烈腐蚀条件，是一种高效、绿色环保的秸秆预处理方式，为绿色化学下的木质素处理，探索了一条值得研究的路线。
意大利的Lucia等人[10]利用木质素的钙盐和铵盐衍生物为研究对象，发现利用合适的催化剂也可获得结构完整的氧化木质素，在温和、环保的反应条件下（H2O，20℃，0.1MPa），利用双氧水（过氧化氢）氧化木质素衍生物。实验发现，比较几种催化剂在反应中的表现，二氧化钛在光催化条件下有着较好的效果，而另外几种催化剂在热反应和光反应条件下的行为和效果不一。研究也分析了导致这些氧化结果差异的催化机理区别。
综上所述，利用二氧化钛和光催化处理技术，可减少木质素在氧化过程中的碳损耗，较好地保留了木质素中的苯环结构，是一种有效降解木质素的新方法。
5.3电晕放电法
芬兰的E.Koivula等人[11]为了有效地回收天然木质素，用不同的预处理方法，比较了木材水解产物中的杂质对后续过滤材料的影响。实验发现，利用脉冲电晕放电的氧化方法处理后，可提升过滤膜的过滤效率，对于过滤膜来讲，其流速提高了6倍。其他的前处理方法，也会影响过滤体系对木质素的过滤效果，比如添加活性炭吸附剂以及调节体系pH值也可提高过滤效率。该研究表明，针对木材水解产物中的各种化学结构，综合利用如电晕放电等前处理手段，可获得较高的木质素回收率。
6 总结
木质素因为储量丰富、产量巨大、廉价易得，其高附加值利用一直被研究人员
木质纤维素的预处理方法研究进展
所关注。尽管对木质素利用的研究已取得了一定的成果，但因为木质素本身具有成分复杂、分子降解困难、无明确转变温度等问题，将木质素作为主要材料运用在工业中受到限制。所以，以木质素为来源的材料在很大程度上还不能替代以石油为来源的产品。研究高效率的木质素提纯分离方法，利用木质素的各种性能，拓展其工业应用范围，有着巨大的社会、经济价值。
但随着科技的进步，处理木质素的方法将越来越多，越来越有效。尽管在实际生产中，木质素的化学处理方法既可高效快速地处理木质素，而且还可用于木质素提取机理的研究，但科研人员越来越多的采用更加环保的技术手段来处理木质素，期望在木质素回收利用的过程中，避免对环境造成二次污染。这种思想的贯彻，使得木质素的整体应用成为现阶段绿色化学的重要研究方向之一。因为木质素结构复杂，酶处理的研究机理还不清楚，所以利用生物降解法处理木质素，现在还停留在实验室阶段，市场上并没有很多产品。但随着技术的发展，以酶处理为主，辅以其他物理处理的综合处理木质素方法，会逐渐取代主流的化学提取方法，并成为木质素预处理的新工艺。
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木质纤维素预处理技术研究进展 朱跃钊1,卢定强2,万红贵2,贾红华2 Ξ (1 南京工业大学 机械与动力工程学院,南京 210009;2 南京工业大学 制药与生命科学学院,南京 210009) 摘 要:详细评述了木质纤维素的预处理工艺研究进展,特别是浓酸低温水解-酸回收工艺、稀酸二阶段水解工艺、金属离子在稀酸水解过程中的助催化作用以及水蒸汽爆裂、氨纤维爆裂、C O 2爆裂、酶催化水解等方法的研究进展情况。木质纤维素原料预处理技术发展为发酵生产乙醇技术的研究开发奠定了坚实基础。关键词:木质纤维素;乙醇;水解;发酵 中图分类号: Q539+13 文献标识码:A 文章编号:167223678(2004)0420011206 Progresses on treatment of lignocellulosic material ZHU Y ue 2zhao 1,LU Ding 2qiang 2,WAN H ong 2gui 2,J I A H ong 2hua 2 (1 C ollege of Mechanical and P ower Engineering ,Nanjing University of T echnology ,Nanjing 210009,China ; 2 C ollege of Life Science and Pharmacy ,Nanjing University of T echnology ,Nanjing 210009,China )Abstract :Progress of study on technology of pre 2treatment of lignocellulose is reviewed in this paper.With the exhaustion of oil and rising price of oil ,studies on ethanol production from lignocellulosic material were attra 2tive 1Cellulose and hemicellulose in lignocellulosic material can be converted to sugar via s ome suitable treat 2ments ,and then can be used in the production of ethanol by fermentation further 1The progresses on technology of pre 2treatment of lignocellulosic material were reviewed and commented ,especially the hydrolysis processes via concentrated acid ,tw o 2stage diluted acid ,and catalysis of metal ion in diluted acid 1Several different pre 2treatment methods for cellulase hydrolysis ,such as steam explosion ,aminonia fiber explosion ,C O 2explosion ,acid treatment and enzymatic hydrolysis method ,were reviewed 1The advanced pre 2treatments of lignocellulosic material has laid a concrete basis for ethanol production at a large commercial scale 1K ey w ords :lignocellulose ;ethanol ;hydrolysis ;fermentation 随着现代工业的发展和世界人口的激增,能源危机日趋加剧。专家估计,可开采石油储量仅还可供人 类使用大约50年,天然气还可用75年,而煤炭则为200～300年[1]。目前,世界各国纷纷展开新能源,特别是可再生生物能源的研究与开发。生物能源主要有生物乙醇、生物柴油、沼气、氢气和燃料电池等,其 中以生物乙醇的研究与生产最引人注目。生物法生产的乙醇在一些国家和地区正广泛使用。巴西每年 以甘蔗作为原料,生产1100万t 燃料乙醇。美国则每年大约生产550万t 以上的燃料乙醇。目前我国乙醇年产量为300多万t ,仅次于巴西、美国,列世界第三[2]。其中发酵法乙醇占绝对优势,80%左右的乙醇 Ξ收稿日期:2004211201 基金项目:国家重大基础研究项目(2003C B71600)作者简介:朱跃钊,男,副研,研究方向:热能工程。联系人:卢定强,男,副研,研究方向:生物化工。 第2卷第4期2004年11月 生物加工过程 Chinese Journal of Bioprocess Engineering Nov.2004?11 ?
纤维素的测定方法-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1
植物的主要化学成分是纤维素、半纤维素和木质素这三部分。它们是构成植物细胞壁的主要组分。其中，纤维素组成微细纤维，构成纤维细胞壁的网状骨架，而半纤维素和木质素是填充在纤维和微细纤维之间的“粘合剂”和“填充剂”。 1. 纤维素 生物制粉末在加热的情况下用醋酸和硝酸的混合液处理，在这种情况下，细胞间的物质被溶解，纤维素也分解成单个的纤维，木质素、半纤维素和其它的物质也被除去。淀粉、多缩戊糖和其它物质受到了水解。用水洗涤除去杂质以后，纤维素在硫酸存在下被重铬酸钾氧化成二氧化碳和水。 C6H10O5 + 4K2Cr2O7 + 16H2SO4 = 6CO2 + 4Cr2(SO4)3 + 4K2SO4 + 21H2O 过剩的重铬酸钾用硫酸亚铁铵溶液滴定，再用硫酸亚铁铵滴定同量的但是未与纤维素反应的重铬酸钾，根据差值可以求得纤维素的含量。 2. 半纤维素 用沸腾的80％硝酸钙溶液使淀粉溶解，同时将干扰测定半纤维素的溶于水的其它碳水化合物除掉。将沉淀用蒸馏水冲洗以后，用较高浓度的盐酸，大大缩短半纤维素的水解时间，水解得到的糖溶液，稀释到一定体积，用氢氧化钠溶液中和，其中的总糖量用铜碘法测定。 铜碘法原理：半纤维素水解后生成的糖在碱性环境和加热的情况下将二价铜还原成一价铜，一价铜以Cu2O的形式沉淀出来。用碘量法测定Cu2O的量，从而计算出半纤维素的含量。 测定还原性糖的铜碱试剂中含有KIO3和KI，它们在酸性条件下会发生反应，也不会干扰糖和铜离子的反应。加入酸以后，会发生反应释放出碘： KIO3 + 5KI +3H2SO4 = 3I2 + 3K2SO4 +3H2O 加入草酸以后，碘与氧化亚铜发生反应： Cu2O + I2 + H2C2O4 = CuC2O4 + CuI2 + H2O 过剩的碘用Na2S2O3溶液滴定：2Na2S2O3 + I2 = Na2S4O6 + 2NaI 3. 木质素 用1％的醋酸处理以分离出糖、有机酸和其它可溶性化合物。然后用丙酮处理，分离出叶绿素、拟脂、脂肪和其它脂溶性化合物。将沉淀用蒸馏水洗涤以后，在硫酸存在下，用重铬酸钾氧化水解产物中的木质素： C11H12O4 + 8K2Cr2O7 + 32H2SO4 = 11CO2 + 8K2SO4 + 8Cr2(SO4)3 + 32H2O 过量的重铬酸钾用硫酸亚铁铵溶液滴定。方法和测定纤维素相同。 实验所需试剂和仪器 1. 实验试剂 硫酸亚铁铵分析纯，重铬酸钾分析纯，硫代硫酸钠分析纯， 硝酸钙分析纯，硫酸铜分析纯，可溶性淀粉分析纯， 碘酸钾分析纯，草酸分析纯，酒石酸分析纯， 氯化钡分析纯，邻菲啰啉分析纯，浓硫酸分析纯， 盐酸分析纯，冰醋酸分析纯，硝酸分析纯。 2. 实验仪器 50mL酸式滴定管，50mL碱式滴定管，10mL离心试管若干，不同型号烧杯若干， 真空塞，250mL锥形瓶若干，电炉，离心沉淀器。 五实验步骤 （一）纤维素含量的测定
常见食品纤维素含量常见食品的纤维素含量
麦麸:31% 谷物:4-10%，从多到少排列为小麦粒、大麦、玉米、荞麦面、薏米面、高粱米、黑米。
麦片:8-9%; 燕麦片:5-6% 马铃薯、白薯等薯类的纤维素含量大约为3%。 豆类:6-15%，从多到少排列为黄豆、青豆、蚕豆、芸豆、豌豆、黑豆、红小豆、绿豆。（无论谷类、薯类还是豆类，一般来说，加工得越精细，纤维素含量越少。 蔬菜类:笋类的含量最高，笋干的纤维素含量达到30-40%，辣椒超过40%。其余含纤维素较多的有:蕨菜、菜花、菠菜、南瓜、白菜、油菜。 菌类(干):纤维素含量最高，其中松蘑的纤维素含量接近50%，30%以上的按照从多到少的排列为:香菇、银耳、木耳。此外，紫菜的纤维。20%素含量也较高，达到． 黑芝麻、松子、10%以上的有:。坚果:3-14%以下的有白芝麻、核桃、榛子、胡桃、;10%杏仁
葵瓜子、西瓜子、花生仁。含量最多的是红果干，纤维素含量接近:水果大枣、酸枣、黑枣、其次有桑椹干、50%，樱桃、小枣、石榴、苹果、鸭梨。各种肉类、蛋类、奶制
品、各种油、海鲜、酒精饮料、软饮料都不含纤维素;各种婴幼儿食品的纤维素含量都极低。 蔬菜中的膳食纤维 1、笋干：笋干含有多种维生素和纤维素，具有防癌、抗癌作用。发胖的人吃笋之后，也可促进消化，是肥胖者减肥的佳品 2、辣椒：辣椒中含有丰富的膳食纤维，能清洁消化壁和增强消化功能，并能抑制致癌物质的产生和加速有毒物质的排除，可降低血脂和控制胆固醇。． 3、蕨菜：其所含的膳食纤维能促进胃肠动，具有下气通便、清肠排毒的作用。经常食用
还可降低血压缓解头晕失眠治疗风湿性关炎等作用。其所含的膳食纤维能促进胃肠蠕动具有下气通便清肠排毒的作用经常食用还降低血压缓解头晕失眠治疗风湿性关节
纤维素综述 简述： 微晶纤维素是天然纤维素的水解产物,外观呈白色或类白色,是一种晶形粉末产品,不溶于水,性质稳定,与主药不发生化学反应。 作为填充剂,适量用于处方中,可以使制得的颗粒较松散,均匀细小,结合性能好,同时,由于它吸水后能使片子迅速膨胀而崩解,因此,它又是一种良好的崩解剂。近年来,作为一种新型辅料,微晶纤维素在片剂生产制造中的应用越来越广泛。 在近些年的新产品开发研制,原有产品处方的改进及不合格中间产品的再处理等方面,均在不同程度上使用了这一新型辅料,并收到了良好的效果。用于新处方设计中由于微晶纤维素具有良好的结合性与崩解性,因此在开发研制新产品时,它是一种优先选用的辅料,微晶纤维的作用要强于其它类似辅料如淀粉、糊精等。这在处方设计时,我们优先选用了微晶纤维素,经过数次处方调整与试验,当微晶纤维素在片中的含量达到0.025g/片时,生产出的片子结合很好,具有足够的硬度。 制法： 微晶纤维素可用稀无机酸溶液将α-纤维素控制水解制得，α-纤维素可从含纤维素植物的纤维浆制得。水解后的纤维素经过滤、提纯、水浆喷雾干燥形成干的。粒径分布广泛的多孔颗粒。 应用： 解决因工艺带来的问题有些产品的工艺是在迁就产品达到某些
指标情况下制定的,一旦工艺变化就会带来诸多问题。例如新速效感冒片,在原处方基础上,为了保证其溶出度符合药典规定,在工艺上不得已将颗粒制得比正常的软一些,打片时打片机的压力也要尽量小一些,使得打出的片子硬度低。在进行薄膜包装时,常常会造成很多碎片,使得成片率降低,为了提高成片率就必须提高片子的硬度。要提高硬度,又不影响溶出度,就要改变原处方,这时微晶纤维素又是一个良好的优选辅料。生产中,压力提高后,我们用一定量的微晶纤素取代了原处方中相应量的某些其它辅料,当其用量达到。片时,收到了良好的效果。片子的硬度由原来的提高至,同时其溶出度也很好,完全符合质量要求。用于不合格中间体的再处理有时制出的片子鼓盖掉盖,裂片或崩解超限。原因在于软材制得不实、颗粒不完整、颗粒太软、干燥程度不够、淀粉糊浓度过大或温度过高,都可以造成上述问题。此外,有些经再处理才合格的原料,如乙酞螺旋霉素,其某些物理性质会发生变化,这也可以导致上述问题的产生。处理方法中间体再处理时,其处理方法因产品的不同及成因不同也有所区别,微晶纤维素的用量也不一样。乙酞螺旋霉素将制好的不合格的中间体颗粒过目筛,细粉按的比例加人微晶纤维素,混匀后加人适量的温淀粉糊制成软材,混实后再制粒,干燥整粒后再加人适量润滑剂,混匀,再投人到开始筛出的颗粒中大混、打片。如为原料原因时,则在投料时直接用一定量的微晶纤维素取代相应量的淀粉投料。每万片投料量用微晶纤维素。交沙霉素、维生素、峡喃坦陡在实际生产中,交沙霉素、维生素容易出现软材制得不实,颗粒发散、结合不好的现象,峡喃坦睫易出现颗粒过硬、崩解
木质纤维素糖化关键技术 木质纤维素是一种重要的可再生资源，目前主要应用于高蛋白饲料的原料、为生物燃料及化学原料三个领域。但是由于天然木质纤维素的化学成分及结构都十分复杂，使其转化为工业发酵可利用的小分子糖类，需通过有效的预处理工艺及利用大量的多种糖苷水解酶共同作用，才能对其进行有效地生物降解。。因此，一直以来木质纤维素生物转化利用中，所遇到的主要瓶颈是水解过程中糖苷水解酶的种类和用量的高需求及降解方式的低效率，这也是造成纤维素生物转化利用高成本的主要原因。 基于上述原因，本实验室主要开展一下关键技术研究并取得一定进展： 一、纤维素酶高产菌种开发： ①B -葡萄糖苷酶菌种：通过筛选及一次DNS诱变获得H16桧状青霉菌种邙- 葡萄糖苷酶酶活达100IU/ml （纤维二糖底物）以上，远远高于里氏木霉和黑曲霉的B-葡萄糖苷酶酶活力，且其Km是已经报道的真菌胞外B -葡萄糖苷酶最低的，表示具有高纤维二糖 结合能力。 ②全酶系高产纤维素酶菌种：基于组合诱变及基因工程技术具有独立知识产权、兼具木霉青霉特性全酶系纤维素酶高产菌株，目前完成了两种菌种的原生质体融合，最终创制纤维素水解平衡酶系高产菌种。 二、底物特异性高效水解酶系制备： ①酶系制备：基于里氏木霉诱变菌种DES-15 （自RUT-C30诱变获得，表 现菌丝分支多且短的优异发酵性状）及多尺度数学模型控制下的发酵工艺（建立养分消耗、菌丝生长及纤维素水解等模型进而优化发酵工艺），目前在200L 罐发酵原液滤纸酶活达到25FPU 以上；
②酶系复配：利用上述酶系，基于木质纤维素组成成分以及结构的差异，调整不同酶及非酶组分组成及用量，制备底物专一性高效复配酶系。目前通过酶系平衡配比以及部分添加剂的使用，滤纸酶活达到35FPU/ml 以上。 三、新型预处理技术： 基于桧状青霉小分子蛋白木质纤维素改性机理解析基础上，建立了藻类类生物预处理技术以及气爆玉米秸秆生物与物理化学预处理相结合的新型工艺。其中利用自由基对藻类细胞壁瞬间预处理后，其转化成还原糖的能力提高了70%，效果显著优于酸碱等预处理工艺，因此可以用于藻类生物炼制以及能源化利用。该预处理方式具有用时短，反应条件温和，成本低，不存在抑制物等优点。
实验原理 植物的主要化学成分是纤维素、半纤维素和木质素这三部分。它们是构成植物细胞壁的主要组分。其中，纤维素组成微细纤维，构成纤维细胞壁的网状骨架，而半纤维素和木质素是填充在纤维和微细纤维之间的“粘合剂”和“填充剂”。 1. 纤维素 生物制粉末在加热的情况下用醋酸和硝酸的混合液处理，在这种情况下，细胞间的物质被溶解，纤维素也分解成单个的纤维，木质素、半纤维素和其它的物质也被除去。淀粉、多缩戊糖和其它物质受到了水解。用水洗涤除去杂质以后，纤维素在硫酸存在下被重铬酸钾氧化成二氧化碳和水。 C6H10O5 + 4K2Cr2O7 + 16H2SO4 = 6CO2 + 4Cr2(SO4)3 + 4K2SO4 + 21H2O 过剩的重铬酸钾用硫酸亚铁铵溶液滴定，再用硫酸亚铁铵滴定同量的但是未与纤维 素反应的重铬酸钾，根据差值可以求得纤维素的含量。 2. 半纤维素 用沸腾的80％硝酸钙溶液使淀粉溶解，同时将干扰测定半纤维素的溶于水的其它碳水化合物除掉。将沉淀用蒸馏水冲洗以后，用较高浓度的盐酸，大大缩短半纤维素的水解时间，水解得到的糖溶液，稀释到一定体积，用氢氧化钠溶液中和，其中的总糖量用铜碘法测定。 铜碘法原理：半纤维素水解后生成的糖在碱性环境和加热的情况下将二价铜还原成一价铜，一价铜以Cu2O的形式沉淀出来。用碘量法测定Cu2O的量，从而计算出半纤维素的含量。 测定还原性糖的铜碱试剂中含有KIO3和KI，它们在酸性条件下会发生反应，也不会干扰糖和铜离子的反应。加入酸以后，会发生反应释放出碘： KIO3+ 5KI +3H2SO4= 3I2+ 3K2SO4+3H2O 加入草酸以后，碘与氧化亚铜发生反应： Cu2O + I2+ H2C2O4= CuC2O4+ CuI2+ H2O 过剩的碘用Na2S2O3溶液滴定：2Na2S2O3 + I2 = Na2S4O6 + 2NaI 3. 木质素 用1％的醋酸处理以分离出糖、有机酸和其它可溶性化合物。然后用丙酮处理，分离出叶绿素、拟脂、脂肪和其它脂溶性化合物。将沉淀用蒸馏水洗涤以后，在硫酸存在下，用重铬酸钾氧化水解产物中的木质素： C11H12O4 + 8K2Cr2O7 + 32H2SO4 = 11CO2 + 8K2SO4 + 8Cr2(SO4)3 + 32H2O
食品营养标签管理规范 卫生部印发 2008年5月1日开始实施 推荐性法规：国家鼓励食品企业对其生产的产品标示营养标签。卫生部根据本规范的实施情况和消费者健康需要，确定强制进行营养标示的食品品种、营养成分及实施时间。 营养标签是指向消费者提供食品营养成分信息和特性的说明，包括营养成分表、营养声称和营养成分功能声称。 食品企业在标签上标示食品营养成分、营养声称、营养成分功能声称时，应首先标示能量和蛋白质、脂肪、碳水化合物、钠4种核心营养素及其含量。 膳食纤维的定义 膳食纤维（dietary fiber）膳食纤维是指植物中天然存在的、提取的或合成的碳水化合物的聚合物，其聚合度DP ≥ 3、不能被人体小肠消化吸收、对人体有健康意义的物质。包括纤维素、半纤维素、果胶、菊粉及其他一些膳食纤维单体成分等。 食品中产能营养素的能量折算系数 表 1 食物中产能营养素的能量折算系数 * 1 营养成分的标示
包括能量和核心营养素的标识以及宜标示的营养成分的标示，膳食纤维属于宜标识的营养成分。 膳食纤维包括纤维素、半纤维素、果胶、菊粉及其他一些膳食纤维单体成分。膳食纤维可根据其成分选择检测方法和标示方式。 1）以国标或GB/T 9822测定数据，标示为： 不溶性膳食纤维…克（g）； 2）以AOAC 、AOAC 方法测定数据，标示为： 膳食纤维…克（g）；也可标示为：膳食纤维、可溶性膳食纤维、不可溶性膳食纤维， 例如：膳食纤维…克（g） 或膳食纤维…克（g） --可溶性膳食纤维…克（g）（自愿） --不溶性膳食纤维…克（g）（自愿） 3）以AOAC其他方法测定的膳食纤维单体成分的数据，可标示出膳食纤维和单体成分如“膳食纤维（以xxx计）…克或g ”， 例如：膳食纤维（以菊粉计）…克（g） “零”数值的表达 当某食品营养成分含量低微，或其摄入量对人体营养健康的影响微不足道时，允许标示“0”的数值。可标示的“0”的界限值如下表： 表5 标示“0”的界限值
文献综述 生物工程 纤维素酶的概述 【摘要】纤维素作为地球上分布广，含量丰富的碳水化合物，它的降解是自然界碳素循环的中心环节。纤维素的利用和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。本文就纤维素酶的应用进行一个简要的概述。 【关键词】纤维素酶；纤维素酶的实际应用：应用前景 1. 纤维素的概况 1.2 纤维素酶的分类 纤维素酶的组成比较复杂,通常所说的碱性纤维素酶是具有3～10 种或更多组分构成的多组分酶。根据其作用方式一般又可将纤维素酶分为3 类: 外切β- 1, 4-葡聚糖苷酶( 简称CBH) 、内切β-1, 4- 葡聚糖苷酶( 简称EG)和β- 1, 4- 葡萄糖苷酶( 简称BG) [1]。在这3 种酶的协同作用下,纤维素最终被分解成葡萄糖。到目前为止, 还没有能够在碱性条件下分解天然纤维素的纤维素酶。碱性纤维素酶是一种单组分或多组分的酶, 只具有内切β- 1, 4- 葡聚糖苷酶( 又称CMC酶) 的活性, 有的还与中性CMC 酶组分共存[2]。 1.3 纤维素酶的作用机理 纤维素酶在提高纤维素、半纤维素分解的同时, 可促进植物细胞壁的溶解使更多的植物细胞内溶物溶解出来并能将不易消化的大分子多糖、蛋白质和脂类降解成小分子物质, 有利于动物胃肠道的消化吸收[3]。同时, 纤维素酶制剂可激活内源酶的分泌, 补充内源酶的不足, 并对内源酶进行调整, 保证动物正常的消化吸收功能, 起到防病、促生长的作用, 消除抗营养因子,促进生物健康生长。半纤维素和果胶部分溶于水后会产生粘性溶液, 增加消化物的粘度, 对内源酶造成障碍, 而添加纤维素酶可降低粘度, 增加内源酶的扩散, 提高酶与养分接触面积, 促进饲料的良好消化。而纤维素酶制剂本身是一种由蛋白酶、淀粉酶、果胶酶和纤维素酶等组成的多酶复合物, 在这种多酶复合体系中一种酶的产物可以成为另一种酶的底物, 从而使消化道内的消化作用得以顺利进行[4]。也就是说纤维素酶除直接降解纤维素, 促进其分解为易被动物所消化吸收的低分子化合物外, 还和其他酶共同作用提高奶牛对饲料营养物质的分解和消化[5] 2. 纤维素酶的一些历史及研究成果 在吴琳,景晓辉,黄俊生[3]的产纤维素酶菌株的分离，筛选和酶活性测定中，他们利用“采样—培养—分离单菌落—初筛—复筛—测OD值”的方法筛选出分解纤维素能力较强的菌株。[结果]经反复培养和划线分离从80份样品中初选出35株具有分解纤维素能力的菌株。其中10株由白转绿,长势较
木质纤维素预处理方法的研究进展 摘要:概述了几种比较实用的木质纤维素预处理技术,总结了各种预处理技术的方法?原理以及优缺点,进而对木质纤维素预处理方法的发展前景进行了展望? 关键词:木质纤维素;预处理方法;研究进展 Research Advances of Pretreatment Technology of Lignocellulose Abstract: Some practical pretreatment technologies of lignocellulose were briefly introduced, including the main methods, principles, advantages and disadventages. And the development prospect of pretreatment technology of lignocellulose was put forward. Key words: lignocellulose; pretreatment method; research progress 随着世界经济的不断发展和石油资源的日益消耗,开发更加长久有效的能源是各国面临的一个巨大难题?作为一种可再生能源,生物质能源是中国能源可持续发展的必然战略选择之一?利用木质纤维素生产生物乙醇?丁醇等生物质燃料是生物质能源开发的重要内容?我国天然纤维素原料非常丰富(包括农作物秸秆?林业副产品?城市垃圾和工业废弃物等),利用生物技术分解和转化木质纤维素既是资源利用的有效途径,对于解决环境污染?食品短缺和能源危机又具有重大的现实意义? 1 木质纤维素的结构 木质纤维素是指以纤维素?半纤维素和木质素为主要成分的原料,3种成分在植物原料中的含量分别为35%~50%?15%~25%和15%~30%?纤维素是聚合度在 1 000~10 000的葡萄糖的线性直链聚合物,由结晶相和非结晶相交错形成,结晶相结构致密,阻碍纤维素的分解?半纤维素结构较纤维素简单,主要是由木糖?阿拉伯糖等戊糖及少量的葡萄糖?甘露糖和半乳糖等己糖形成的直链或支链聚合物,在适宜的温度下易于溶解在稀酸溶液中并降解成单糖?木质素是一种由苯丙烷结构单体组成的具有复杂三维结构的芳香族高聚物,在植物结构中发挥胶粘作用,将纤维素和半纤维素紧密结合在一起,增大茎秆的机械强度,起到木质化作用,阻碍微生物对植物细胞的攻击,同时减小了细胞壁的透水性?纤维素和半纤维素作为可酵解糖类,占原料总重的65%~75%[1]? 2 预处理的目的 木质纤维素的转化利用可分为原料预处理?酶水解和糖发酵3个阶段,主要的技
原理： 采用范氏（Van Soest）的洗涤纤维分析法测定中性洗涤纤维（NDF）和酸性洗涤纤维（ADF）原理: 植物性饲料经中性洗涤剂煮沸处理，不溶解的残渣为中性洗涤纤维，主要为细胞壁成分，其中包括半纤维素、纤维素、木质素和硅酸盐。植物性饲料经酸性洗涤剂处理，剩余的残渣为酸性洗涤纤维，其中包括纤维素、木质素和硅酸盐。酸性洗涤纤维经72%硫酸处理后的残渣为木质素和硅酸盐，从酸性洗涤纤维值中减去72%硫酸处理后的残渣为饲料的纤维素含量。将72%硫酸处理后的残渣灰化，在灰化过程中逸出的部分为酸性洗涤木质素（ADL）的含量。 溶剂配制： 中性洗涤剂（3%十二烷基硫酸钠）：准确称取18.6g乙二胺四乙酸二钠（EDTA，C10H14O8Na2?2H2O，分析纯）和6.8g硼酸钠（Na2B4O7?10H2O，分析纯）放入烧杯中，加入少量蒸馏水，加热溶解后，再加入30g十二烷基硫酸钠（C12H25NaO4S，分析纯）和10ml乙二醇乙醚（C4H10O2，分析纯）；再称取4.56 g无水磷酸氢二钠（Na2HPO4，分析纯）置于另一烧杯中，加入少量蒸馏水微微加热溶解后，倒入前一个烧杯中，在容量瓶中稀释至1000ml，其中pH 值约为6.9~7.1（pH值一般勿需调整）；1N硫酸：量取约27.87 ml浓硫酸（分析纯，比重1.84，98%），徐徐加入已装有500ml 蒸馏水的烧杯中，冷却后注入1000ml容量瓶定容，标定；酸性洗涤剂（2%十六烷三甲基溴化铵）：称取20g十六烷三甲基溴化铵（CTAB，分析纯）溶于1000ml1N硫酸，必要时过滤； 操作步骤： 准确称取1.0000g样品（通过40目筛）置于直筒烧杯中，加入100 ml 酸性洗涤剂和数滴十氢化萘及0.5g无水亚硫酸钠。将烧杯套上冷凝装置于电炉上，在5~10min内煮沸，并持续保持微沸60min。趁热用已知重量的玻璃坩埚抽滤，并用沸水反复冲洗玻璃坩埚及残渣至滤液呈中性为止。用少量丙酮冲洗残渣至抽下的丙酮液呈无色为止，并抽净丙酮。将玻璃坩埚置于105℃烘箱中烘2h后，在干燥器中冷却30 min称重，直称至恒重。 酸性洗涤木质素和酸不溶灰分（AIA）测定将酸性洗涤纤维加入72%硫酸，在20℃消化3h后过滤，并冲洗至中性。消化过程中溶解部分为纤维素，不溶解的残渣为酸性洗涤木质素和酸不溶灰分，将残渣烘干并灼烧灰化后即可得出酸性洗涤木质素和酸不溶灰分的含量。 结果计算： 中性洗涤纤维含量的计算：NDF（%）=（W1－W2）/ W×100 式中： W1—玻璃坩埚和NDF重（g）W2—玻璃坩埚重（g）W—试样重（g）酸性洗涤纤维含量的计算：ADF（%）=（G1－G2）/G×100 式中： G1—玻璃坩埚和ADF重（g）G2—玻璃坩埚重（g）W—试样重（g）
食用纤维素（网摘） 纤维素虽然不能被人体吸收,但具有良好的清理肠道的作用,因此成为营养学家推荐的六大营养素之一，具有很好的肠道质素作用。各种食物的纤维素含量－－麦麸：31% 谷物：4-10%，从多到少排列为小麦粒、大麦、玉米、荞麦面、薏米面、高粱米、黑米。麦片：8-9%；燕麦片：5-6% 马铃薯、白薯等薯类的纤维素含量大约为3%。豆类：6-15%，从多到少排列为黄豆、青豆、蚕豆、芸豆、豌豆、黑豆、红小豆、绿豆无论谷类、薯类还是豆类，一般来说，加工得越精细，纤维素含量越少。蔬菜类：笋类的含量最高，笋干的纤维素含量达到30-40%，辣椒超过40%。其余含纤维素较多的有：蕨菜、菜花、菠菜、南瓜、白菜、油菜菌类（干）：纤维素含量最高，其中松蘑的纤维素含量接近50%，30%以上的按照从多到少的排列为：发菜、香菇、银耳、木耳。此外，紫菜的纤维素含量也较高，达到20% 坚果：3-14%。10%以上的有：黑芝麻、松子、杏仁；10%以下的有白芝麻、核桃、榛子、胡桃、葵瓜子、西瓜子、花生仁水果：含量最多的是红果干，纤维素含量接近50%，其次有桑椹干、樱桃、酸枣、黑枣、大枣、小枣、石榴、苹果、鸭梨。富含纤维素的食品之于冠心病，能降低胆固醇。胆固醇是造成动脉粥样硬化的原因之一，是由于血浆胆固醇的增加，使较多的胆固醇沉积在血管内壁。其结果不仅降低了血管的韧性和弹性，而且使血
管内壁加厚，管径变细，影响血液流通，增加了心脏的负担。而食品中的粗纤维能与胆固醇相互结合，防止血浆胆固醇的升高，从而有利于防止冠心病的发生和进一步恶化。另外，食品中的粗纤维还能和胆酸结合，使部分胆酸随着粗纤维排出，而胆酸又是胆固醇的代谢产物。为了补充被排出的部分胆酸，就需要有更多的胆固醇进行代谢。胆固醇代谢的增加则减少了动脉粥样硬化发生的可能性。那么，哪些食物含纤维素多呢？①海带、紫菜、木耳、蘑菇等菌藻类；②黄豆、赤小豆、绿豆、蚕豆、豌豆等豆类；③水果、蔬菜类。一言概之，冠心病患者宜多食富含纤维素的食物。一些粗粮，诸如玉米，小米、紫米、高粱、燕麦这样的食物。纤维素不能背吸收，可以充盈你的肠道，促进排泄。排泄顺畅了，身体就自然不会聚集什么毒素了。而且这类食物不被肠道吸收，就会使你有饱涨感吃不下别的
纤维素水解研究综述 1.1生物质的转化与利用 生物质是指一切直接或间接利用植物光合作用形成的有机物质。包括除化石燃料外的植物、动物和微生物及其排泄与代谢物等。从能源的角度，生物质的能量来源于太阳能，是太阳能的一种储存形式；从资源的角度，生物质是地球上唯一可再生的碳资源。 在人类漫长的历史长河中，生物质扮演了重要的角色，它不仅是人类赖以生存的食物来源，而且为人类发展提供了必需的物质基础，包括：织物、建材、纸张、酒精、木炭等材料和燃料。直到今天，生物质仍然是一些发展中国家的主要能源和材料来源，而一些发达国家也将生物质作为重要的能源补充，例如：在瑞典和芬兰生物质占到其总能源消费的17.5%和20.4%。 进入工业革命以后，随着煤炭、石油和天然气开采和利用技术的成熟，化石资源逐渐取代生物质，成为了人类社会发展所依赖的原料基础，极大地促进了人类社会的进步。19世纪中期，美国90%的燃料供给来自于生物质，而到19世纪末20世纪初，这一局面彻底改变了，化石资源占据了绝对主导地位。 另一方面，化石资源的肆意开采和大量使用不仅造成了化石资源的短缺，更加剧了生态环境的日益恶化。人类在享受社会进步成果的同时也在承受着工业文明的“后遗症”。 进入二十一世纪，资源的枯竭和环境的恶化迫使人类重新回到可持续的发展道路上，并且将目光重新投向曾经赖以生存和发展的生物质资源。然而原始的粗放式的生物质利用方式已经无法满足当前人类发展的需求，我们必须以现有的生物质资源为研究对象，借鉴化石资源利用的成功经验，提出生物质综合利用的可行性路线，发展新型高效的生物质利用技术，从而实现生物质替代化石资源促进人与自然和谐发展的美好愿景。 1.1.1生物燃料简介 生物燃料顾名思义就是指由生物质转化得到的燃料，包括：生物乙醇、生物柴油、生物丁醇、生物质热解油、生物质颗粒、木炭、沼气、H2、合成气(CO+H2)以及由合成气制备的甲醇、高级脂肪醇、二甲醚和烷烃等。 按照生物燃料生产原料的来源划分，可以将其分为第一代生物燃料和第二代生物燃料。第一代生物燃料以粮食作物为原料生产燃料，最典型代表为玉米乙醇；而第二代生物燃料则是以农作物废弃物为原料，如纤维素乙醇、微藻生物柴油。很明显，第二代生物燃料较其前辈在化学组成和燃料使用方面并没有区别，但是原料的选择却决定了第二代生物燃料不会产生“与人争粮，与粮争地”的困境，是未来生物燃料发展的正确方向。必须指出的是目前第二代生物燃料仍然停留在实验室和示范工厂阶段，并没有真正的进入燃料市场，要实现第二代生物燃料的大规模工业化生产还有许多的技术瓶颈需要突破。 目前，面向车用燃料生产发展的生物燃料技术主要包括：生物乙醇技术、生物柴油技术、直接液化技术和间接液化技术。 以粮食为原料生产乙醇是一项传统的技术，工艺上已相当成熟,但其生产受到粮食安全等社会因素的制约。目前，我国燃料乙醇的生产能力达132万吨/年，成为世界上继巴西、美国之后第三大生物燃料乙醇生产国，国内的乙醇生产基本上都是利用淀粉和糖蜜等为原料。利用农作物秸秆为代表的各类木质纤维类生物质原料替代粮食资源的燃料乙醇技术，被认为是未来解决燃料乙醇原料来源问题
木质纤维素预处理技术 单独某一种预处理方法并非对任何原料都有较好的效果。目前的木质纤维素预处理方法有很多种，可分为物理法、化学法、物理化学法、分步组合法和生物法几大类。 1物理方法 物理方法预处理主要是增大比表面积、孔径，降低纤维素的结晶度和聚合度。常用的物理方法包括机械粉碎、机械挤出、高能辐射等[1]。 1.1机械粉碎 机械粉碎即将物料切碎、碾磨处理成10～30mm或0.2～2mm的颗粒，比表面积增高，结晶度、聚合度降低，可及度增加，有利于提高基质浓度和酶解效率，但不能去除木质素及半纤维素。 粉碎分为干粉碎、湿粉碎，包括球磨、盘磨、辊磨、锤磨、胶体磨、机械挤出等，胶体磨适用湿物料，而球磨对干、湿物料都适合。 由于粒径与能耗相关，经济性不高，效果单一，故粉碎常与其他方法相互补充[2]。研究表明，甘蔗渣、麦秆经球磨与盘磨粉碎后酶解率及乙醇得率均显著提高；经宽角X射线衍射分析，球磨主要通过降低结晶度改善酶解，而盘磨则主要依靠去纤维化。机械挤出是一种应用前景良好的预处理新技术，处理效果受到设备尺寸及参数的影响。物料通过挤出器时在热、混合和剪切作用下引起物理、化学性质的改变，依靠螺旋挤出转速及温度打破木质纤维结构，引发去纤维化、纤维化效应，缩短纤维长度，改善了酶对底物的可及性[1]。 1.2高能辐射 高能辐射是用高能射线如电子射线、γ射线对原料进行预处理，可使纤维素聚合度下降，降解为小纤维片段、寡葡聚糖甚至纤维二糖，使结构松散，打破纤维素晶体结构，增加反应活性。 采用γ射线辐照处理秸秆，可使纤维素酶解转化率提高至88.7%。KIM等[3]证明电子束照射确实能增加纤维素的酶解率：稻秆用80kGy、0.12mA、1MeV的电子束照射后酶解葡萄糖得率达52.1%，比直接酶解的22.6%增加近30%。 2化学方法 2.1酸预处理 酸法是研究得最早、最深入的化学预处理方法，分为低温浓酸法和高温稀酸法。低温浓酸(如72%H2SO4、41%HCl、100%TFA)处理效果通常优于高温稀酸，能溶解大部分纤维素和半纤维素，但是其毒性、腐蚀性及危害大，需要特殊的防腐反应器，酸回收难度较大，后期中和需消耗大量的碱，因此应用受到限制[2]。稀酸法是目前较常用而成熟的方法之一，生物质在较高温度(如140～190℃)和低浓度酸(如0.1%～1%硫酸)作用下，可实现较高的反应速率，半纤维素组分几乎100%除去，纤维素的平均聚合度下降，反应能力增大，酶水解率显著提高，但去除木质素不很有效。稀酸法因其效果好、污染少成为研究的热点并获得了较大进展，如美国国家可再生能源实验室(NREL)开发了比较成熟的稀硫酸预处理—酶解发酵工艺并建成了中试装置。稀酸法最大的缺点是产生副产物如甲酸、乙酸、糠醛、羟甲基糠醛、糖醛酸、己糖酸等，即影响酶解又抑制微生物生长和发酵。稀酸法可在较高温度(180℃)处理较短时间(5min)也可在较低温度(120℃)处理较长时间(30～90min)，温度和酸浓度越剧烈预处理效果越好，但抑制产物会增加。 CHEN等[4]提出“半纤维素/纤维素分离-分步发酵”(XCFSF)工艺路线，玉米芯经稀硫酸预处理后木糖得率为78.4%，纤维素回收率为96.81%，水解木糖和纤维素残渣酶解后的糖液发酵乙醇，酶解残渣同步糖化发酵(SSF)，最终将70.4%的半纤维素和89.77%的纤维素转化为乙醇。酸可以用硫酸、硝酸、盐酸、磷酸、碳酸等无机酸，也可用乙酸、丙酸、草酸等有机酸。将蔗渣在高于160℃条件下经稀磷酸预处理，可有效水解半纤维素为单糖，且副反应少[5]。用80%乙酸、0.92%硝酸在120℃处理麦秆20min，81%的半纤维素和92%的木质素被水解或
编号：103001054048 本科毕业论文 题目：纤维素降解的研究进展 学院：生命科学学院 专业：生物技术 年级：2010级 姓名：邹千稳 指导教师：黄凤兰（教授） 完成日期：2014年 5月28日
目录 封面............................................................................... .. (1) 目录............................................................................... .. (2) 中文摘要及关键词 (3) 英文摘要及关键词 (4) 引言................................................................................ (5) 1 纤维质材料的预处理 (7) 1.1纤维素的结构及物理性质 (7) 1.2运用物理方法对生物质材料进行预处理 (8) 1.3运用化学方法对生物质材料进行处预理 (8) 2 利用产纤维素酶的真菌对预处理后的材料进行混合发酵 (10) 2.1纤维素酶的种类与理化特性 (10) 2.2纤维素酶的生产与获得 (12) 2.3选用菌种的组合 (13) 2.4混合发酵的条件 (13) 结束语................................................................................ (16) 参考文献................................................................................ (17) 发表论文................................................................................ (21) 致谢 (22)
膳食纤维的作用与常见食物含量 山野国际霍永明高级营养师膳食纤维的定义： 膳食纤维是一种重要的非营养素，它是碳水化合物中的一类非淀粉多糖及寡糖等不消化部分。越来越多的研究表明，膳食纤维的摄入与人体健康密切相关。过量摄入膳食纤维会影响维生素、铁、锌、钙、等的消化吸收，但是摄入足会增加便秘、肥胖、糖尿病、心血管疾病和某些癌症发生的危险。所以与食物中的其他营养素一样，为了保持健康，膳食纤维的摄入量也应在适宜的范围之内。 膳食纤维的定义有两种，一是从生理学角度将膳食纤维定义为哺乳动物消化系统内未被消化的植物细胞的残存物，包括纤维素、半纤维素、果胶、树胶、抗性淀粉和木质素等；二是从化学角度将膳食纤维定义为植物的非淀粉多糖加木质素。 膳食纤维的分类： 膳食纤维可分为可溶性膳食纤维与非可溶性膳食纤维。可溶性膳食纤维包括部分半纤维素、果胶、树胶等；非可溶性膳食纤维包括纤维素、木质素等。 膳食纤维的主要特性： 1，吸水作用 膳食纤维具有很强的吸水能力或与水结合能力。此作用可使肠道中粪便的体积增大，加快其转运速度、减少其中有害物质接触肠壁的时间。 2，黏滞作用 一些膳食纤维具有很强的黏滞性，能形成黏液性溶液，包括果胶、树胶、海藻多糖等。 3，结合有机化合物作用 膳食纤维具有结合胆酸和胆固醇的作用。 4，阳离子交换作用 膳食纤维的与阳离子交换作用与糖醛酸的羧基有关，可在胃肠内结合无机盐，如钾、钠、铁等阳离子形成膳食纤维复合物，影响其吸收。 5，细菌发酵作用 膳食纤维在肠道内易被细菌酵解，其中可溶性膳食纤维可完全被细菌所酵解，而非溶性膳食纤维则不易被酵解。酵解后产生的短链脂肪酸如乙酯酸、丙脂酸和丁酯酸均可作为肠道细胞和细菌的能量来源。 膳食纤维的生理功能： 1，有利于食物的消化过程 膳食纤维能增加食物在口腔咀嚼时间，可促进肠道消化酶分泌，同时加速肠道内容物的排泄，这些都有利于食物的消化吸收。 2，降低血清胆固醇 膳食纤维可结合胆酸，故有降血脂作用，此作用以可溶性纤维（如果胶、树胶、豆胶）的降脂作用较明显，而非溶性纤维无此作用。
羧甲基纤维素钠的应用及研究现状综述 姓名：陈伟光学号：09313004 班级：09制药工程学院：药学院 摘要：授甲基纤维素钠是一种应用广泛的工业产品。概述了其结构特性，并综述了其在食品、医药等行业的应用进展。 关键词：羧甲基纤维素钠；食品工业；医药工业；其他行业；应用 1 羧甲基纤维素钠 1．1、羧甲基纤维素钠及其性质 羧甲基纤维素钠，（又称:羧甲基纤维素钠盐，羧甲基纤维素，CMC，Carboxymethyl ，Cellulose Sodium,Sodium salt of Caboxy Methyl Cellulose）是当今世界上使用范围最广、用量最大的纤维素种类。 羧甲基纤维素钠(CMC)分子结构 由德国于1918年首先制得，并于1921年获准专利而见诸于世。此后便在欧洲实现商业化生产。当时只为粗产品，用作胶体和粘结剂。1936～1941年，羧甲基纤维素钠的工业应用研究相当活跃，发明了几个相当有启发性的专利。第二次世界大战期间，德国将羧甲基纤维素钠用于合成洗涤剂。Hercules公司于1943年为美国首次制成羧甲基纤维素钠，并于1946年生产精制的羧甲基纤维素钠产品，该产品被认可为安全的食品添加剂。上世纪七十年代我国开始采用，九十年代开始普遍使用。本品为纤维素羧甲基醚的钠盐，属阴离子型纤维素醚，为白色或乳白色纤维状粉末或颗粒，密度0.5-0.7克/立方厘米，几乎无臭、无味，具吸湿性。易于分散在水中成透明胶状溶液，在乙醇等有机溶媒中不溶。1%水溶液pH为6.5～8.5，当pH>10或<5时，胶浆粘度显著降低，在pH=7时性能最佳。对热稳定，在20℃以下粘度迅速上升，45℃时变化较慢，80℃以上长时间加热可使其胶体变性而粘度和性能明显下降。易溶于水，溶液透明；在碱性溶液中很稳定，遇酸则易水解，PH值为2-3时会出现沉淀，遇多价金属盐也会反应出现沉淀 1.2、羧甲基纤维素钠的制备 CMC通常是由天然纤维素与苛性碱及一氯醋酸反应后制得的一种阴离子型高分子化合物，分子量6400(±1 000)。主要副产物是氯化钠及乙醇酸钠。CMC属于天然纤维素改性。目前联合国粮农组织(FAO)和世界卫生组织(WHO) 已正式称它为“改性纤维素”。
纤维素改性技术研究现状 摘要介绍了纤维素的改性反应，主要对近年来纤维素及其衍生物的接枝共聚技术的研究现状作综述。概述了纤维素结构及纤维素反应的特征，描述了一些以纤维素为基体的接枝共聚技术，包括传统的接枝共聚技术，对近来发展的可控枝技术、优化结构的功能集团的引用技术作重点阐述。 关键词纤维素改性接枝研究现状 The Research Aactuality of C ellulose’s Modifying Techologies Abstract Introduct cellulose's modifying reactions and the recent advances in graft polymerisation tech-niques involving cellulose and its derivatives are primary. It summarises some of the features of cellulose structure and cellulose reactivity. Also described are the various techniques for grafting synthetic polymers from the cellulo-sic substrate. In addition to the traditional grafting techniques, we highlight the recent developments in polymer synthesis that allow increased control over the grafting process and permit the production of functional celluloses that possess improved physical properties and chemical properties。 Keywords chemical modification of cellulose; graft; research actuality Contents 1 Introduction 2 The Molecule Structure of Cellulose 3 The Modifying Reaction of Cellulose 3.1Chemical Modifying 4 Cellulose Graft 4.1 Free Radicel Graft Copolymerisation 4.2Ionic Graft Polymerisation 4.3Ring Opening Polymerisation 4.4The End Radicel Coupling 4.5Living and Controling Free Radicel Polymerisation 5 Conclusions and Outlook 收稿：××××年××月。收修改稿：××××年××月 * 国家自然科学基金资助项目(No. xxxxxxxx) * * Corresponding author e-mail: aaa@https://www.doczj.com/doc/ca16347816.html,