【目的】为破坏木质生物质天然抗降解屏障，促进木质生物质高效转化利用，筛选出适宜的热预处理方式。【方法】以栎木为研究对象，利用质量法/体积法、范式抽提法对高温蒸汽处理、固态汽爆处理和挤压膨化处理栎木的物理性质、木质纤维素含量进行测定，采用傅里叶变换红外光谱、X-射线衍射法对其木质官能团和纤维素相对结晶度进行分析。【结果】挤压膨化处理可显著改变栎木的形貌，持水力和比孔隙率分别为对照的3.2倍和4.71倍，容重降低至对照的1/4。各热预处理均可显著降低栎木木质纤维素含量，挤压膨化处理后木质纤维素含量显著下降，纤维素、半纤维素和木质素含量分别比对照组降低了22.60%、15.85%和7.9%。傅里叶变换红外光谱显示，各热预处理栎木均具有木质特征官能团，挤压膨化处理I_(898)/I_(1 509)比值显著增大，说明纤维素被富集。经不同热预处理后栎木仍具有典型的纤维素X-射线衍射特征，晶体结构峰形未发生改变，但强度不同程度变弱；相对结晶度不同程度增大，固态汽爆处理和挤压膨化处理后相对结晶度显著升高，表明结晶区的纤维素被更多地暴露出来。【结论】挤压膨化处理可显著改变栎木物理性质，降低木质纤维素含量，暴露结晶区纤维素，有利于木质生物质的高效转化利用。

木质纤维素分解菌筛选及木质纤维素降解吴元喜张晓昱胡佳华邓元修（华中理工大学生物工程系，武汉４３００７４）ＳＣＲＥＥＮＯＦＬＩＧＮＯＣＥＬＬＵＬＯＬＹＴＩＣＳＴＲＡＩＮＡＮＤＢＩＯＤＥＧＲＡＤＡＴＩＯＮＯＦＬＩＧＮＯＣＥＬＬＵＬＯＳＥＷｕＹｕａｎｘｉ...

以杉木、垂柳和毛竹木质纤维素为对象,研究了木质纤维素种类对白腐菌Echinodontium sp.木质素降解选择性的影响。结果发现:在降解前期,Echinodontium sp.选择性降解三种基质木质素,纤维素降解率极低,但在培养后期,杉木纤维素降解率仍保持较低水平,但垂柳和毛竹基质纤维素降解显著增强,三种基质的木质素降解选择性出现很大差异。因此,不同基质上纤维素降解速度的差异是导致白腐菌木质素降解选择性差异的主要原因。

从福州永泰温泉分离到1株降解纤维素嗜热菌,通过形态特征和16S rDNA序列鉴定,将其命名为地芽孢杆菌(Geobacillussp.)TC-S8.采用3,5-二硝基水杨酸显色法(DNS法)对菌株TC-S8产胞外纤维素酶的发酵条件及酶性质进行研究.在培养基的初始pH为6.5,温度为60℃,装液量20%,接种量2%,摇床转速为120 r.min-1的条件下培养36 h,菌株TC-S8产酶量达到最大(229 mU.mL-1).其分泌的纤维素酶最适作用温度为60-70℃,最适pH为7.0.纤维素酶降解产物主要为葡萄糖,并有少量纤维二糖.

【目的】高温热处理可使木材半纤维素部分降解，改善木材的尺寸稳定性。使用外源酸可降低木材半纤维素热降解温度，因此有必要明确其热降解规律。【方法】采用碱法分离的方式提取出杨木和杉木的半纤维素，通过傅里叶红外光谱仪（FTIR）和热重分析法（TGA）研究引入外源酸条件下（0.1和0.3 mol/L的AlCl_3和H_3PO_4）半纤维素的热降解规律。【结果】碱法分离出的木材半纤维素，其红外谱图符合阔叶材及针叶材半纤维素的基本特征。经AlCl_3和H_3PO_4处理后，相比未处理的半纤维素，羟基峰发生红移，且半纤维素的特征吸收峰强度显著降低。热重（TG）分析显示：两种外源酸预处理的木材半纤维素的起始降解温度（T_(5%)）从200℃左右降低至95～150℃，且主要降解温度范围从200～300℃降低至100～150℃。在相同浓度下，AlCl3处理后半纤维素的T5%(150℃)大于H_3PO_4的（95℃）。当AlCl_3浓度增大时，半纤维素热分解速率加快，但T5%无明显变化。随H_3PO_4浓度增大时，半纤维素热分解速率和T5%均减小。相比未处理的杨木半纤维素热解活化能（199.68 kJ/mol）和杉木半纤维素热解活化能（231.12 kJ/mol）,AlCl_3和H_3PO_4处理后的热解活化能显著降低。在相同0.3 mol/L的条件下，AlCl_3处理后杉木半纤维素的平均活化能（112.31 kJ/mol）要低于H_3PO_4的（125.82 kJ/mol）。【结论】本研究采用的两种外源酸均可显著降低半纤维素的热降解温度。总体来讲，AlCl_3催化效果优于H_3PO_4，杉木半纤维素对H_3PO_4较为敏感。可根据针、阔叶材半纤维素的差异性选择不同的外源酸性介质作为催化剂，加速热解反应速率，从而为外源酸在木材低温热处理的应用提供一定的理论支撑。

以半纤维素为惟一碳源,从温泉中分离到1株降解半纤维素酶的嗜热菌DT-1,经16S rDNA序列比较分析,初步鉴定该菌株属于Geobacillus thermocatenulatus.菌株DT-1发酵条件的初步研究表明:在培养基初始pH为5.0,温度为55℃,装液量为30%,摇床转速为120 r.min-1的条件下培养36 h,该菌株产酶总活力达到最大.对菌株DT-1所产半纤维素酶的性质分析表明:该酶的最适作用温度为65℃,最适作用pH为6;另外,2-ME、EDTA、SDS、PMSF在不同程度上能增强酶的活性,其余抑制剂和去污剂DDT、Tween-20和TritonX-100对该酶活力影响不大;...

为获得有强降解纤维素能力的嗜热真菌,以羧甲基纤维素钠培养基为基础培养基,从温泉中初筛获得23株透明水解圈较大的降解纤维素的嗜热真菌.经过液体发酵复筛得到12株降解能力较强的优良菌株.通过18S rDNA序列分析,对之中的7株嗜热真菌进行分子鉴定,结果表明,7株嗜热真菌分别属于曲霉属、枝孢霉属和毛孢酵母属.

【目的】木质素难降解是制约高木质纤维素含量的农林废弃资源利用的重要因素。筛选木质素降解菌可为高效利用农林废弃物提供参考依据。【方法】以愈创木酚显色法和苯胺蓝褪色法从广泛收集的植物凋落物中分离菌株；结合形态和分子生物学方法鉴定菌株；同时测定3种木质素降解酶（漆酶、锰过氧化物酶和木质素过氧化物酶）的活性；为进一步验证菌株的降解能力，选用常见的农林废弃物-葡萄枝条作为材料，分析其在葡萄枝条废弃物液态发酵中对纤维素、半纤维素和木质素成分的降解情况。【结果】从植物凋落物中筛选出一株具有分解木质素特性的菌株HUA。菌株HUA在愈创木酚-PDA培养基上呈现明显的红棕色显色圈，在苯胺蓝-PDA培养基上最终产生褪色反应。结合形态和分子生物学方法，该菌被鉴定为厚壁隔孢伏革菌（Peniophora crassitunicata）。该菌株发酵液中漆酶、锰过氧化物酶和木质素过氧化物酶活性分别为53.18、174.01、9.51 U/L。葡萄枝条废弃物液态发酵结果表明，该菌能够有效降解木质纤维素成分，经过发酵20 d后，纤维素、半纤维素和木质素的降解率分别为17.50%、36.55%和10.33%。【结论】本研究获得的菌株HUA促进了葡萄枝条木质纤维素成分的降解，为木质纤维素高效降解提供了优质菌种资源，同时也为该菌株后续应用研究积累了相关数据。

生物降解木质纤维素机理的研究日益受到关注,并且降解酶机制进行作用的报道很多,然而,木质纤维素天然结构复杂,其生物降解过程则是一个复杂的酶学过程,需要多种酶的协同作用来完成。经过多年的研究,各国研究工作者提出木质纤维素降解菌的筛选方法,国内外的科研工作者们探索出了多种木质纤维素降解菌的筛选方法和筛选培养基,为木质纤维素降解菌的筛选提供了捷径,加快了木质纤维素降解菌筛选工作的步伐。从生物降解机理和降解菌筛选方法等方面,综述了木质纤维素生物降解研究进展,提出了有待拓宽和深化研究的内容。

为研究沼液、组合碱和白腐菌3种不同预处理方式对玉米秸秆纤维组分(纤维素、半纤维素和木质素)含量及晶体结构的影响,分别将沼液与玉米秸秆按5∶2的比例混合预处理5d,组合碱(氢氧化钠和氢氧化钙质量比是2∶1)按1∶5的固液比例添加预处理5d,白腐菌按5%比例添加预处理10d。采用范式(Van Soest)纤维测定法、傅里叶变化红外光谱(FTIR)和X射线衍射(XRD)对预处理前后的玉米秸秆纤维结构变化进行研究。结果表明:经3种方式预处理后玉米秸秆的纤维组分含量均降低,其中组合碱预处理后玉米秸秆木质素结构的破坏

[目的]研究对甲苯磺酸(p-toluenesulfonic acid,p-TsOH)耦合碱性过氧化氢(AHP)预处理对不同木质纤维素酶解率及乙醇产率的影响,为农林废弃物纤维素生物转化提供理论依据。[方法]以芒草秆、小麦秸秆和杨木为供试材料,分别采用p-TsOH处理(质量分数70%pTsOH水溶液于80℃处理20 min)以及p-TsOH耦合AHP两步处理(先用质量分数70%p-TsOH水溶液于80℃处理20 min,之后用pH 11.5、体积分数2%H_2O_2于50℃、120 r/min恒温振荡器中反应12h)2种方法对3种材料进行预处理,分析不同预处理方法对3种材料化学组成、形态结构(扫描电镜观察、傅里叶变换红外光谱、X-射线衍射、结晶度、保水值)的影响,并研究纤维素酶添加量(5,10,15FPU/g,以纤维素质量计算)及不同发酵工艺(同步糖化发酵、分步糖化发酵)对p-TsOH耦合AHP两步处理3种材料纤维素酶解率及乙醇产率的影响。[结果]采用p-TsOH处理以及p-TsOH耦合AHP两步处理后,芒草秆、小麦秸秆和杨木中的半纤维素和木质素含量明显降低,纤维素含量明显提高,其中p-TsOH耦合AHP两步处理的效果更明显,该法处理的芒草秆、小麦秸秆和杨木的木质素脱除率分别为97.01%,96.50%和94.01%,半纤维素脱除率分别为82.50%,84.21%和81.19%,纤维素保留率分别为87.97%,87.85%和90.53%。采用p-TsOH处理以及pTsOH耦合AHP两步处理后,芒草秆、小麦秸秆和杨木的微观结构、傅里叶变换红外光谱、X-射线衍射图谱发生了明显变化,结晶度及保水值均明显增加。纤维素酶添加量5 FPU/g、酶解72 h时,芒草秆和小麦秸秆的酶解率均超过90%,而杨木的酶解率为78%;纤维素酶添加量15 FPU/g、酶解12 h时,芒草秆、小麦秸秆的酶解率达到100%,杨木的酶解率为73%;纤维素酶添加量10 FPU/g、酶解24 h时,芒草秆、小麦秸秆和杨木的酶解率均达到95%以上。当底物质量浓度为130 g/L、纤维素酶加量为10 FPU/g、发酵96 h时,p-TsOH耦合AHP两步处理芒草秆、小麦秸秆和杨木同步糖化发酵的乙醇产率分别为92.63%,90.07%和88.00%,高于分步糖化发酵工艺的乙醇产率(86.40%,84.21%和78.09%)。[结论]p-TsOH耦合AHP两步处理可以在温和水溶液条件下选择性脱除原料中的木质素和半纤维素,得到富含纤维素的样品,对不同原料具有较强的适用性,应用前景良好。

[目的]研究对甲苯磺酸(p-toluenesulfonic acid,p-TsOH)耦合碱性过氧化氢(AHP)预处理对不同木质纤维素酶解率及乙醇产率的影响,为农林废弃物纤维素生物转化提供理论依据。[方法]以芒草秆、小麦秸秆和杨木为供试材料,分别采用p-TsOH处理(质量分数70%pTsOH水溶液于80℃处理20 min)以及p-TsOH耦合AHP两步处理(先用质量分数70%p-TsOH水溶液于80℃处理20 min,之后用pH 11.5、体积分数2%H_2O_2于50℃、120 r/min恒温振荡器中反应12h)2种方法对3种材料进行预处理,分析不同预处理方法对3种材料化学组成、形态结构(扫描电镜观察、傅里叶变换红外光谱、X-射线衍射、结晶度、保水值)的影响,并研究纤维素酶添加量(5,10,15FPU/g,以纤维素质量计算)及不同发酵工艺(同步糖化发酵、分步糖化发酵)对p-TsOH耦合AHP两步处理3种材料纤维素酶解率及乙醇产率的影响。[结果]采用p-TsOH处理以及p-TsOH耦合AHP两步处理后,芒草秆、小麦秸秆和杨木中的半纤维素和木质素含量明显降低,纤维素含量明显提高,其中p-TsOH耦合AHP两步处理的效果更明显,该法处理的芒草秆、小麦秸秆和杨木的木质素脱除率分别为97.01%,96.50%和94.01%,半纤维素脱除率分别为82.50%,84.21%和81.19%,纤维素保留率分别为87.97%,87.85%和90.53%。采用p-TsOH处理以及pTsOH耦合AHP两步处理后,芒草秆、小麦秸秆和杨木的微观结构、傅里叶变换红外光谱、X-射线衍射图谱发生了明显变化,结晶度及保水值均明显增加。纤维素酶添加量5 FPU/g、酶解72 h时,芒草秆和小麦秸秆的酶解率均超过90%,而杨木的酶解率为78%;纤维素酶添加量15 FPU/g、酶解12 h时,芒草秆、小麦秸秆的酶解率达到100%,杨木的酶解率为73%;纤维素酶添加量10 FPU/g、酶解24 h时,芒草秆、小麦秸秆和杨木的酶解率均达到95%以上。当底物质量浓度为130 g/L、纤维素酶加量为10 FPU/g、发酵96 h时,p-TsOH耦合AHP两步处理芒草秆、小麦秸秆和杨木同步糖化发酵的乙醇产率分别为92.63%,90.07%和88.00%,高于分步糖化发酵工艺的乙醇产率(86.40%,84.21%和78.09%)。[结论]p-TsOH耦合AHP两步处理可以在温和水溶液条件下选择性脱除原料中的木质素和半纤维素,得到富含纤维素的样品,对不同原料具有较强的适用性,应用前景良好。

【目的】分析乙醇钠预处理木质纤维素原料的组分及结构特性,为纤维素原料制备生物乙醇燃料的研究提供参考。【方法】以针叶材松木、杉木和阔叶材水曲柳为研究对象,在121℃下采用乙醇钠(C2H5ONa)进行预处理,通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线衍射参数(XRD)等方法分析预处理木质纤维素原料的主要化学组分变化及结构特性。【结果】预处理后3种原料的纤维素、木聚糖和木质素含量均有不同程度变化,纤维素、木聚糖含量有所增加,木质素含量略微减少,其中,预处理杉木的纤维素含量增加幅度最大,达48. 1%,平均增加8. 1%,松木次之,水曲柳最低。从除木素效果看,松木预处理后木质素含量相对降低6. 1%,处理效果较好。X射线衍射参数(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)反映的LOI(结晶度指数)、HBI(氢键强度指数)变化结果显示,乙醇钠预处理可提高木质纤维素原料的相对结晶度。不同酶剂量和时间点变化的酶水解效率研究结果表明,葡萄糖和木聚糖的水解得率由大到小依次为预处理杉木>预处理松木>预处理水曲柳。【结论】乙醇钠预处理杉木纤维素含量提高最多,松木次之,水曲柳最低;针叶材的乙醇钠预处理体系处理效果较好;预处理杉木的相对结晶度高于松木和水曲柳;不同酶剂量和时间点变化的酶水解效率研究进一步验证预处理杉木>预处理松木>预处理水曲柳。

为探究纤维素降解菌在堆肥腐熟中的应用效果，试验将高温处理后的畜禽尸体与秸秆混匀后，分为不添加菌剂的对照组和添加1%的耐高温纤维菌（Parageobacillus thermoglucosidasius）的菌剂组，采用好氧静态通风的方式堆肥28 d，测定堆肥过程中的理化参数（温度、pH、含水率、铵态氮、硝态氮、亚硝态氮、总碳和总氮）和氮素转化功能基因拷贝数的变化等氮素损失相关的指标。结果显示，菌剂组的铵态氮含量和亚硝态氮含量均显著高于对照组，但最终总氮含量菌剂组低于对照组。堆肥前期对照组的nirK拷贝数显著高于菌剂组，且与NH4+含量显著正相关；菌剂组的nirS拷贝数极显著高于对照组，且与NO3-含量极显著正相关。堆肥中期，对照组的narG拷贝数极显著高于菌剂组，且与NH4+含量相关性接近显著水平（P=0.064）；堆肥后期，对照组的nosZ拷贝数极显著高于菌剂组。以上结果表明，耐高温纤维素降解菌主要通过氨氧化作用和反硝化作用在堆肥的前期来改变堆体的氮素循环，但也会促进反硝化作用导致氮素损失的增加。

为解决玉米秸秆在发酵中难降解的问题,以玉米秸秆为试验原料,通过物理-化学、物理-生物和物理-化学-生物3种方法对秸秆进行预处理,考察秸秆中纤维素、半纤维素、木质素含量,探讨各种预处理方法对玉米秸秆的降解效果。结果表明:添加10%NaOH溶液后加入绿秸灵的处理方式秸秆半纤维素的降解效果较好,降解率为32.98%;添加混合菌的处理方式秸秆纤维素的降解效果较好,降解率为51.46%;添加8%NaOH溶液后加入绿秸灵和添加10%NaOH溶液后加入绿色木霉的处理方式秸秆木质素的降解效果较好,降解率为39.28%。3种预处理方法对玉米秸秆中半纤维素、纤维素有显著影响,对木质素的降解影响不显著。3种预处理方...