【摘 要】
:
杨木由于生长速度快、营养周期短、分布广泛,是生产生物燃料和生化制品的最有前途的木质纤维原料之一。本文针对传统低聚木糖制备工艺复杂、得率不高、对环境污染严重等问题,采用乳酸预处理联用酶水解杨木制备低聚木糖,并提出了过氧化氢-乙酸(HPAA)脱木质素和调控p H值技术以增加低聚木糖得率,为杨木高效、清洁制备低聚木糖提供了科学基础和理论依据。主要研究成果如下:(1)获得了乳酸预处理杨木结合木聚糖酶制备低
【基金项目】
:
国家自然科学基金(No.32171731); 南京林业大学科研启动资金(No.163030103);
论文部分内容阅读
杨木由于生长速度快、营养周期短、分布广泛,是生产生物燃料和生化制品的最有前途的木质纤维原料之一。本文针对传统低聚木糖制备工艺复杂、得率不高、对环境污染严重等问题,采用乳酸预处理联用酶水解杨木制备低聚木糖,并提出了过氧化氢-乙酸(HPAA)脱木质素和调控p H值技术以增加低聚木糖得率,为杨木高效、清洁制备低聚木糖提供了科学基础和理论依据。主要研究成果如下:(1)获得了乳酸预处理杨木结合木聚糖酶制备低聚木糖的工艺。单因素实验表明制备低聚木糖的最适工艺为:2%乳酸在170℃下预处理杨木30 min。在该条件下可获得30.3%的低聚木糖,木糖/低聚木糖比值为0.85,总副产物含量为6.4 g/L。基于乳酸预处理制备低聚木糖最佳的工艺,18.4 mg木聚糖酶蛋白/g DM水解杨木残渣24 h,可获得7.9%的低聚木糖。结合乳酸预处理,最终从杨木中获得低聚木糖的最高得率可达38.2%。将所获得的杨木残渣在酶剂量为10.0 mg纤维素酶蛋白/g DM时水解72 h,可获得55.6%的葡萄糖得率和13.9%的木糖得率。上述结果表明乳酸可以选择性地将杨木中木聚糖高效水解为低聚木糖,且副产物较少。(2)针对杨木木质素对有机酸预处理的空间障碍作用,探明了脱木质素对乳酸预处理杨木制备低聚木糖的影响及规律。研究结果表明,1%硫酸作为催化剂的HPAA预处理对于杨木具有较强的选择性脱木质素能力,并且获得的脱木质素杨木不仅有较高的木聚糖保留率(>95.0%),而且有较高的木质素去除率(83.2%)。不仅木质素去除率与低聚木糖得率呈正相关(R~2=0.92),木聚糖的去除率也与低聚木糖的得率呈线性关系(R~2=0.72)。脱除杨木83.2%木质素后,低聚木糖得率从30.3%提高到42.7%,木糖/低聚木糖比值从0.85降至0.16。杨木固体残渣经纤维素酶水解后,葡萄糖得率达到88.9%。上述结果表明脱木质素能显著提高乳酸预处理杨木制备低聚木糖的得率,大幅度减少副产物的生成,同时提高固形物制备单糖的效率。(3)提出了调控乳酸水溶液p H值强化乳酸预处理杨木制备低聚木糖的技术。研究结果表明,以脱木质素杨木为底物时,调控乳酸水溶液的p H值可以提高低聚木糖得率。在乳酸溶液p H值为2.0-2.5时,低聚木糖的得率随着(2%)乳酸水溶液p H值的升高而增加;当乳酸水溶液p H值为2.5时,获得了最高低聚木糖得率为47.1%,比未脱木质素杨木获得的低聚木糖得率(30.3%)增加了1.55倍;然而当乳酸水溶液p H值增加到5.0时,低聚木糖的得率随着乳酸水溶液p H值的升高而减少。此外,富含低聚木糖的水解液通过木聚糖酶水解后,部分高聚合度的低聚木糖被降解为低聚合度(聚合度2-6)的低聚木糖。最终获得高达61.0%的低聚木糖得率,相比较于脱木质素最佳低聚木糖得率(42.7%)增加了1.43倍。乳酸水解后的杨木残渣经纤维素酶水解后获得95.4%的葡萄糖得率,说明调控乳酸溶液的p H值可以提高低聚木糖得率,减少副产物木糖的生成。本研究通过木质素脱除、p H调控、木聚糖酶水解等手段,大幅度提高了杨木低聚木糖得率,减少了副产物的生成,避免了传统制备低聚木糖工艺所需的木聚糖分离过程,因此该方法具有产率高、纯度高、副产物低、步骤简单、能耗低等优点。
其他文献
图像标注是图像处理、计算机视觉和机器学习领域的一项基础性工作,其性能直接影响后续的模型训练以及算法性能。近年,高精度的图像标注,如像素级自动标注,已发展成为一个新兴的研究方向。在林业智能应用问题中,经常需要对遥感图像中的非刚性目标如“火”、“烟”、“云”等进行识别。由于此类目标的颜色不确定(或渐变),且无固定形状,使得现有的标注方法性能不佳甚至失效。本文从像素的独立同分布假设入手,为实现非刚性目标
白酒糟废弃物作为生物质资源中的一种,是酿酒工业的副产品。这类废弃物酸度较高、气味较大,若储存不当或存放时间过长会导致变质恶化,难以利用,从而造成严重的环境污染与资源浪费等问题。因此实现酒糟废弃物资源化是降低环境污染风险极为有效的可持续发展途径。苯甲醛作为一种重要的有机中间体,广泛应用于医药、香料、染料、农化等行业,是较为重要的一类化工中间体。但传统工业中其制备方法存在工艺流程长、产物难分离、废物排
现阶段,森林火灾呈现发生频率高、季节性不明显、与人类频繁活动密切相关等新特点,火灾预测难度大,防控工作正面临新的挑战。而目前的林火识别方法,包括以深度神经网络为代表的识别模型,普遍存在着针对性不强、可解释性差和泛化性能力弱等问题,严重阻碍了视觉智能技术在林火问题上的应用推广。本文针对现有方法的火焰漏检、过度依赖目标场景等问题,研究结合监测场景先验知识的林火识别模型问题,主要工作包括:1.从机器学习
木糖在木质纤维素中是仅次于葡萄糖的第二大糖类,利用氧化葡萄糖酸杆菌氧化木糖生产木糖酸被认为是高效利用木糖的途径之一。其中氧传质是影响氧化葡萄糖酸杆菌木糖酸生产效率的关键性因素。本文通过氧化葡萄糖酸杆菌在不同氧传质条件下氧化木糖生产木糖酸的分批发酵实验,首先研究了氧传递系数kLa对木糖酸的产量、单位体积生产率以及细胞呼吸强度的影响以及氧传递速率和氧消耗速率之间动态关系,其次基于Monod方程建立受氧
森林环境具有高度复杂的辐射状态,冠层的三维结构阻碍了太阳短波辐射进入森林的各个角落。传统的仪器测量等量化林分辐射的方法需要组织调查人员进行野外实地勘测,整个周期较长,同时对操作要求,天气等环境因素要求较高,难以进行长时间、大尺度的动态监测。此外,冠层辐射随时空、季节和气象等因素的变化而不断变化,使得林分辐射通量的测量和建模都具有一定的挑战性。激光雷达对研究冠层辐射具有重要的现实意义,结合计算机图形
目前,物联网技术已得到广泛应用,各种异构物联网设备得以大规模部署,在智慧城市、智能农业、智能家居以及智慧交通等领域发挥着重要作用。以Wi Fi、Zig Bee和蓝牙等为代表的无线通信技术并存、共享2.4 GHz频段,导致无线设备竞争信道并相互干扰,带来大量无线技术共存的难题,使得频谱资源愈发紧张。目前跨技术通信(CrossTechnology Communication,CTC)使采用不同通信协议
本文围绕以提高酸性预处理竹加工剩余物的酶水解性能为目标,探究稀酸预处理竹材中不同木质素组分(表面木质素、残留木质素和假木质素)的结构特性、理化性质与纤维素酶相互作用及其影响纤维素酶水解机制。通过不同有机溶剂分级得到预处理物料中不同木质素组分,通过表面等离子共振(SPR)技术研究木质素和纤维素酶之间的相互作用机理,揭示稀酸预处理竹材中残留木质素对纤维素糖化的抑制作用。在此基础上,利用廉价非催化蛋白屏
如今,随着数据收集设备技术的提高,不同领域种类的数据也越来越多。这导致一些需要依赖给定度量的算法无法适用特定环境下的数据。例如,KNN、Kmeans等使用给定的欧式距离计算样本点到中心的距离,这往往忽视了数据的多元化特性。度量学习(DML:Distance Metric Learning)的提出在模式识别领域中占据着重要地位,尤其是在图像识别领域有着突破性成绩。作为一种经典的距离度量学习方法,大间
本论文围绕秸秆原料中木聚糖和纤维素两大聚糖组分的高效转化与利用,以功能性低聚木糖和酶水解葡萄糖联产为目标导向,以可自供给的绿色、温和葡萄糖酸为催化剂,基于实验模型研究法,开展了高粱秆、玉米秸秆和小麦秸秆三种典型原料酸法预处理化工过程与纤维素酶水解生物过程的反应机制及最优化工艺条件研究,为包括秸秆在内的木质纤维原料的资源化和工业化高效利用的相关研究提供理论依据和技术支持。论文基于原料主要化学结构特征