木质纤维素生物分解及其转化技术.ppt

《木质纤维素生物分解及其转化技术.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第一节概述木质纤维素是地球陆地生态系统中最为丰富的可再生资源，被视为非常有前景的生物质资源。一、木质纤维素结构特点1、纤维素纤维素是由D-葡萄糖残基以β-1,4-糖苷键相连而成的线性聚合物。目前普遍被人们接受的纤维素超分子结构理论是二相体系理论，即纤维素是由结晶区与非结晶区交错连接形成的二相体系，其中还存在相当多的空隙。纤维素具有多形性，具体表现在纤维素的大小、形状、结晶度及在微纤丝中晶体结构和非晶体的比例。2、半纤维素3、木质素二、木质纤维素资源的生物转化目前木质纤维素资源的生物转化技术领域的研究主要集中在3个方面：具有纤维素分解能力

2、的微生物资源的开发及利用；具有纤维素分解活性的酶的资源开发及利用研究；具有快速分解天然木质纤维素材料活性的纤维素分解菌复合系相关特性研究及应用。第二节分解木质纤维素的微生物一、木质纤维素分解菌株的特点木质纤维素分解菌株是指具有木质纤维素分解能力的菌株，其种类繁多，覆盖细菌、真菌众多种属。（一）木质纤维素分解细菌的种类到目前为止，已发现的具有纤维素分解能力的细菌就多达5个纲，10个目。（二）木质纤维素分解菌株的生长环境（三）纤维素分解菌株的细胞形态二、纯培养微生物分解纤维素的研究进展通常，科研人员在各种纤维素分解环境中获得纤维素分解菌培养

3、物，然后利用好氧、厌氧等纯培养技术分离具有纤维素分解活性的单菌菌株。三、纯培养微生物分解纤维素的应用及存在问题在日常的生产中很少直接利用纯培养的单菌进行木质纤维素的分解转化，原因如下：生长周期长，转化率低；转化产物复杂第三节木质纤维素的酶解转化技术一、木质纤维素的前处理技术在工业生产中，通常对木质纤维素材料进行处理，目的主要是破坏木质纤维素的致密结构，分解木质素、纤维素、半纤维素，以便进行下游工业生产。一般来讲，前处理尽量满足以下几个条件：提高酶水解的结合率；避免碳水化合物得降解和损失；避免产生对水解及发酵过程起抑制作用的副产物；性价比

4、高。（一）物理法依靠物理方法，通过改变材料的物理结构，增加纤维素与酶接触的表面积，提高酶的转化效率。1、机械粉碎主要利用球磨、振动磨、辊筒等对纤维素原料进行粉碎处理。2、高能辐射利用γ射线、电子辐射等高能射线，破坏木质纤维素物质的聚合度以及纤维素的结晶结构。3、微波处理利用超声波破坏木质纤维素结构。4、高温分解纤维素原料在300℃高温下，纤维素会迅速分解，产生气体产物和焦状残渣，而在较低的温度下，纤维素分解较慢且产生挥发性较弱的物质。（二）化学法化学法是使用酸、碱、有机溶剂等化学药品处理木质纤维素的一种方法。1、酸处理硫酸和盐酸等浓酸均

5、可用于处理木质素原料，但由于其存在腐蚀性，要求反应器具有抗腐蚀能力，同时，为使生产过程具有经济可行性，处理后的浓酸必须进行回收。2、碱处理碱处理的机制是通过碱的作用来削弱纤维素和半纤维素之间的氢键及皂化半纤维素和木质素之间的酯键。碱处理后的木质纤维素具有更多的孔性，因此，件处理后基质更适合生物转化。3、氨处理氨处理是将木质纤维素材料在质量分数10%左右的氨溶液中浸泡24-48h，以脱除原料中大部分木质素的方法。4、其他化学方法有机溶剂法：有机溶剂或者有机溶剂与无机酸催化剂的混合溶液可破坏木质纤维素原料内部的木质素和半纤维素之间的连接键。

6、臭氧分解：臭氧可分解木质素和半纤维素。（三）物理-化学法1、蒸汽爆破法将原料和水或水蒸气等在高温、高压下处理一定时间后，立即降至常温、常压，通过压力的瞬间变化，深入木质纤维素中的水以气流的方式从封闭的孔隙中释放出来，使纤维发生一定机械断裂。同时，高温、高压加速纤维素内部氢键的破坏，纤维素内的有序结构发生变化，增加了纤维素的吸水能力。2、氨爆破处理氨爆破处理可在较低的温度和压力下对木质纤维素材料进行爆破。在爆破过程中，氨能与纤维素上的部分羟基形成细胞-OHNH3形式的络合物，从而使纤维素发生膨胀、破碎。3、湿氧化法湿氧化法是在加温、加压条

7、件下水和氧气共同参加的反应。湿氧化法通常加入一定比例的NaCO3，可引起纤维素膨胀，形成了碱化纤维素，但能保持原来的骨架。同时NaCO3的加入可缓和纤维素的膨胀效应，防止纤维素破坏，使木质素和半纤维素溶解于碱液中。（四）生物法生物法是利用能够分解半纤维素或木质素的微生物除去木质纤维素的部分成分，破坏木质纤维素的结构。二、纤维素酶解研究进展纤维素酶是一组可以水解纤维素的酶的总称，属于糖苷水解酶家族。通常所说的纤维素酶主要含有3种成分：（1）内切葡聚糖酶（2）外切葡聚糖酶（3）β-葡萄糖苷酶（二）真菌纤维素酶的特性Wood等在1972年分离

8、鉴定了C1酶，认为C1酶是一种水解酶，它不易作用于羧甲基纤维素，而能作用于结晶纤维素、磷酸膨胀纤维素等，主要产物是纤维二糖，并证明C1酶是一种β-葡聚糖-纤维二糖水解酶。Tilbeurgh在1986年用木瓜