木质纤维素类生物质的应用和预处理研究进展
木质纤维素预处理技术研究进展
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 ?
微晶纤维素USP
Microcrystalline Cellulose Cellulose [9004-34-6]. DEFINITION Microcrystalline Cellulose is purified, partially depolymerized cellulose prepared by treating alpha cellulose, obtained as a pulp from fibrous plant material, with mineral acids. IDENTIFICATION ? A. Procedure Iodinated zinc chloride solution: Dissolve 20 g of zinc chloride and 6.5 g of potassium iodide in 10.5 mL of water. Add 0.5 g of iodine, and shake for 15 min. Sample: 10 mg Analysis: Place the Sample on a watch glass, and disperse in 2 mL of Iodinated zinc chloride solution. Acceptance criteria: The substance takes on a violet-blue color. 氯化锌碘试液：取氯化锌20g、碘化钾6.5g，加水10.5ml。再加碘0.5g，振摇15min。 测定：取本品10mg，置表面皿上，加氯化锌碘试液2ml。 标准规定：应变为蓝紫色。 Change to read: ? B. Procedure Sample: 1.3 g of Microcrystalline Cellulose, accurately weighed to 0.1 mg Analysis: Transfer the Sample to a 125-mL conical flask. Add 25.0 mL of water and 25.0 mL of 1.0 M cupriethylenediamine hydroxide solution. Immediately purge the solution with nitrogen, insert the stopper, and shake on a wrist-action shaker, or other suitable mechanical shaker, until completely dissolved. Transfer an appropriate volume of the Sample solution to a calibrated number 150 Cannon-Fenske, or equivalent, viscometer. Allow the solution to equilibrate at 25 ±0.1 for NLT 5 min. Time the flow between the two marks on the viscometer, and record the flow time, t1, in s. 取本品1.3g，精密称定，置125mL具塞锥形瓶中，精密加入水25ml，再精密加入1mol/L 双氢氧化乙二胺铜溶液25ml，立即通入氮气以排除瓶中空气，密塞，强力振摇，使微晶纤维素溶解；取适量，置25±0.1℃水浴中，约5min后，移至刻度为150的坎农-芬斯克毛细管粘度计或同等的黏度计内（毛细管内径为0.7 ~1.0mm，选用适宜粘度计常数K1 ），照黏度测定法，于25±0.1℃水浴中测定。记录供试品溶液流经黏度计上下两刻度时的时间t1，按下式计算供试品溶液的运动黏度。 Calculate the kinematic viscosity, (KV)1, of the Microcrystalline Cellulose taken: 微晶纤维素的运动黏度(KV)1按下式计算： Result = t1 × k1 t1 = flow time (s) k1 = viscometer constant (see Viscosity—Capillary Methods 911 (CN 1-May-2015) ) Obtain the flow time, t2, for 0.5 M cupriethylenediamine hydroxide solutions using a number 100 Cannon-Fenske, or equivalent, viscometer.
微晶纤维素制备、应用及市场前景的研究
微晶纤维素制备、应用及市场前景的研究 曲阜天利药用辅料有限公司生产技术部，山东曲阜273105 摘要：纤维素是自然界中最丰富的天然高分子材料。对解决目前世界面临的资源短缺、环境恶化、可持续发展等问题具有重要意义。纤维素在一定条件下进行酸水解，当聚合度下降到趋于平衡时所得到的产品称为微晶纤维素( micro.crystalline cellulose，MCC)。微晶纤维素为白色或类白色、无臭、无味的多孔性微晶状颗粒或粉末,具有高度可变形性，是可自由流动的纤维素晶体组成的天然聚合物,通常 MCC的粒径大小一般在20-80微米之间，它广泛用于食品、医药及其他工业领域。 关键词：微晶纤维素；MCC;制备；应用；市场前景。 Microcrystalline cellulose preparation, application and market prospect of research QuFuTianLi medicinal materials co., LTD., production technology department shandong qufu 273105 Abstract:Cellulose is the most abundant natural polymer materials in the nature。To solve the shortage of resources in the world, the problem such as environmental degradation, sustainable development is of great significance。Cellulose under certain conditions with acid hydrolysis，When the polymerization degree decline to tend to balance the resulting product is called the microcrystalline cellulose(micro.crystalline cellulose，MCC)。Microcrystalline cellulose is white or kind of white, odorless, tasteless porous micro crystalline granular or powder，With high deformability，Is the free flow of natural polymer composed of cellulose crystal，Usually the particle size of MCC generally between 20 to 80 microns，It is widely used in food, medicine and other industrial fields。 Key words: microcrystalline cellulose, MCC. Preparation; Application; Market prospect 正文：微晶纤维素[1]为白色或类白色无臭、无味的多孔性微晶状颗粒或粉末,具有高度可变形性 ,对主药具有较大的容纳性 ,可作为片剂的填充剂、干燥粘合剂 ,同时具有崩解作用 ,广泛应用于医药、食品、轻工业等国民经济各部门。 在生产微晶纤维素时国外主要采用木材为原材料[2]，先收集木浆纤维素酸部分水解后的结晶部分，再经干燥粉碎而得到聚合度约200的结晶纤维素，我国棉花产量较高，成本较木材低，因此国内多以棉浆为原材料。决定微晶纤维素性能的主要因素[3]是制备方法和产品的质量控制标准。随着科技的发展，为了更大程
木质纤维素处理转化为乙醇的研究进展
木质纤维素处理转化为乙醇的研究进展 潘春雷081143020 生科制药班摘要：木质纤维素是廉价易得，来源广泛的生物质，将其转化为生物无污染的，可再生的乙醇燃料具有很好发展前景。本文介绍了对木质纤维素的物理处理，物理化学处理，化学水解处理，生物处理的方法。 关键词：木质纤维素，乙醇，处理方法。 研究背景：目前世界温室效应及能源危机日益上升，人们在不断地寻找一种可再生的污染小的能源。各国将焦点放在乙醇的生产上。乙醇可以从粮食以及木质纤维素的发酵中得到，但由于全球仍然面临粮食危机，所以研究的焦点转到了对纤维素的处理上。纤维素原料是地球上产出量很大的可再生资源,其来源包括树木的枝叶、农作物的秸秆等, 据估计木质纤维素原料占世界生物质量(100 亿～500 亿t)的50 %【1】在整个生态系统的能量循环中有重要地位。在近几年的生态环境调查中表明农作物秸秆大多被焚烧，以获得钾肥，但此做法不仅污染了环境，而且浪费了资源，开发以木质纤维素为原料制备乙醇的工艺是未来工业燃料生产的发展方向。 1、木质纤维素生物质的主要成分 木质纤维素物质的主要组成是纤维素、半纤维素和木质素，纤维素和半纤维素可通过处理得到糖类。纤维素是由葡萄糖分子通过高度脱水缩合连接而成的高分子聚合物，纤维素的水解产物是葡萄糖单体。半维素也是生物高聚物，是由各种不同糖基组成的，主要是六碳糖和五碳糖，在特定条件下可以水解成单糖。木质素是由苯丙烷结构单体组成的天然高分子化合物，在细胞壁中起支撑和把纤维素和半纤维素结合起来的作用，但是木质素不能水解为单糖。 2、木质纤维素的预处理技术 （1） 物理处理方法 常见处理方法是机械破碎法、液相热水处理法等。其优点在于处理方便，装置简单，且处理过程中产生的污染小，但物理法处理要很高的能量, 如电能和热能，所以会增加生产成本。 机械破碎法：通常木质纤维素经碾碎处理后的原料大小通常为10～30 mm, 而经粉碎、研磨之后的原料颗粒大小一般为0.2～2 mm。粉碎处理的方法中, 以研磨中的球磨尤其是振荡球磨的效率高【2】。但是粉碎法耗能大, 粉碎处理耗能占整个过程总耗能的一半以上。而且该方法也不能适合所有的物质处理【3】所以此种物理处理方法不是很常用。 液相热水处理法：水在强的外界压力下能够渗透到木质纤维素的细胞结构中，从而达到水解纤维素和消除半纤维素的目的。原因是水使得离子化合物电离并溶解半纤维素。相对于化学预处理法, 液态热水法具有以下优点:①不使用酸碱类化学物质, 所以不需使用化学药品进行各种复杂 耗时的准备阶段的处理, 对于反应设备无特别严格的抗碱耐酸要求，从而降低了成本，获得更高的经济利益。②在进行液相热水处理法之前, 无需对物料进行降低颗粒大小的粉碎处理,相对于机械破碎法，反应能耗较少③水解产物中中性残余物数量极少, 几乎不产生对发酵有抑制作用的副产品, 对纤维素和半纤维素的下一步化学或生物水解处理不会产生不良的影响【4】。 （2）物理化学法 物理化学法预处理主要包括蒸汽爆裂、氨纤维爆裂、CO2 爆裂等。蒸汽爆裂法是使高温蒸汽与生物质混合,经计算预定好的时间后迅速打开阀门降压,水蒸气提供了一个强有力的热量载体,可使原料快速升温而不至于使生成的糖受到太强的稀释作用。在减压时，喷射出的蒸汽和液化物质由于压力降低而迅速放热，温度降低。该预处理方法可以使高压蒸汽可渗入纤维内部,最终以气体的形态从封闭的细胞膜和细胞壁中爆发出来,使纤维发生一定的物理断裂，于此同时,高温高压加剧了纤维素内部氢键的破坏和顺序构型的变化,得到了可以构成糖的官能团,促进半纤维素和
木质纤维素糖化关键技术
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。
木质纤维素生物炼制
实验名称：木质纤维素生物炼制 一、摘要 生物炼制是利用农业废弃物、植物基淀粉和木质纤维素材料为原料，生产各种化学品、燃料和生物基材料。根据近来研究开发的不同情况，生物炼制分为木质纤维素炼制、全谷物炼制和绿色炼制。本实验属木质纤维素炼制，这是利用自然界中干燥的原材料如含纤维素的生物质和废弃物作原料进行的生物炼制。生物炼制大幅扩展可再生植物基原材料的应用，使其成为环境可持续发展的化学和能源经济转变的手段。纤维素生物转化燃料乙醇对解决当前世界能源危机、粮食短缺和环境污染等问题具有重要意义，已成为当前研究的热点。 二、实验目的、原理 2.1实验目的 本课程的目的是在生物反应器工程国家重点实验室生物炼制微型工厂公共平台实验室通过进行以类似工厂化的木质纤维素生物炼制流程操作，以玉米秸秆为起始原料经过典型的生物炼制过程生产燃料乙醇。通过对玉米秸秆的预处理和预处理效果评价以及玉米芯残渣的酶解制糖过程，使学生理解生物炼制工程的基本原理在科学研究和工业生产上的应用，掌握生物炼制工程的基本实验流程和技能，学会正确使用生物炼制专用仪器，观察记录实验数据，并对实验结果进行分析讨论。 2.2实验原理 高温稀酸预处理原理：玉米秸秆主要由大分子聚合物纤维素、半纤维素和木质素组成，而且在长期进化过程中演化出了对周围环境、生物酶、病虫害等具有极强生物抵抗性的致密结构。在高温的酸性环境中，可以促使半纤维素快速降解，破坏木质素的结构和纤维素的晶体结构，提高玉米秸秆中纤维素的酶解转化率。 预处理效果评价及玉米芯残渣糖化原理：在纤维素酶的作用下，将预处理后玉米秸秆中的纤维素/玉米芯残渣中的纤维素组分酶解生成葡萄糖。 三、实验材料、方法 3.1原材料与纤维素酶 原料：含有木质纤维素的生物质样品：外地产农作物玉米秸秆，用烘箱烘干后备用，采
微晶纤维素的研究进展_何耀良
基金项目:广西科学基金资助项目(桂科自0991024Z);广西培养新世纪学术和技术带头人专项资金资助项目(2004224) 收稿日期:2009-06-19 综述与进展 微晶纤维素的研究进展 何耀良1,廖小新2,3,黄科林1,6,吴 睿4,王 5 ,刘宇宏1,黄尚顺1,李卫国1 (1.广西化工研究院,广西南宁 530001;2.广西大学商学院,广西南宁 530004; 3.广西桂林市建筑设计研究院,广西桂林 541002; 4.广西民族大学化学与生态工程学院,广西南宁 530006; 5.广西大学化学化工学院,广西南宁 530004; 6.广西新晶科技有限公司,广西南宁 530001) 摘 要:微晶纤维素是天然纤维素水解至极限聚合度得到的一种聚合物,广泛用于食品、医药及其他工业领域,本文综述了国内外微晶纤维素的制备研究进展。 关键词:微晶纤维素;研究进展;制备 中图分类号:T Q 352 文献标识码:A 文章编号:1671-9905(2010)01-0012-05 微晶纤维素(Microcrystalline cellulose,M CC)是天然纤维素经稀酸水解至极限聚合度(LOOP)的可自由流动的极细微的短棒状或粉末状多孔状颗粒,颜色为白色或近白色,无臭、无味,颗粒大小一般在20~80L m,极限聚合度(LODP)在15~375;不具纤维性而流动性极强。不溶于水、稀酸、有机溶剂和油脂,在稀碱溶液中部分溶解、润涨,在羧甲基化、乙酰化、酯化过程中具有较高的反应性能。由于具有较低聚合度和较大的比表面积等特殊性质,微晶纤维素被广泛应用于医药、食品、化妆品以及轻化工行业。 自1875年Girard 首次将纤维素稀酸水解的固体产物命名为/水解纤维素0后,100多年以来,微晶纤维素的研究,一直是纤维素高分子领域中的一个热点课题。美国粘胶纤维公司于1957年研究出微晶纤维素的生产方法,于1961年获得原始专利并工业化生产。美国FMC 公司于1961年研究开发生产微晶纤维素,目前已经是全美甚至世界上最大生产公司[1]。我国在微晶纤维素研究方面起步较晚,但从20世纪70年代开始我国在微晶纤维素方面生产已初见成效,20世纪80年代国内厂家生产的微晶纤维素逐步取代国外如西方石油公司、日本等公司的产品,到20世纪90年代我国研制的微晶纤维素质量达到国外同类产品的质量标准。 随着科技的发展,为了更大程度降低成本,有效利用资源和加强环保,人们也在不断研究采用更好的原料和更好的方法来生产微晶纤维素,并进一步探究其可能的用途。本文主要根据国内外的有关文献报道综述了利用不同原料制备微晶纤维素的研究进展。 1 国内微晶纤维素研究进展 111 甘蔗渣微晶纤维素的制备研究 甘蔗渣纤维素的聚合度(DP)一般在500~700之间,水解后的平衡聚合度(DP)在100~200之间。甘蔗渣由于灰分高、白度低(灰分为112%~118%,白度为70%~80%),因此要用它来制备微晶纤维素必须进行增白和降低灰分处理。罗素娟[2]选择盐酸(工业级)来催化水解制备微晶纤维素,其流程见图1。其中固液比为1B 15,水解进行35min,即达到平衡聚合度。研究表明以甘蔗渣浆粕为原料生产微晶纤维素是可行的,产品质量符合标准要求,其中得率为82118%,聚合度为120,其颗粒数量分布较均匀,粒径较小,中位粒径1112L m,小于25L m 的产品占9211%,水分2142%,灰分0113%,白度90198%,经应用试验,效果良好,母液可以循环使用。生产废水经处理后达到排放要求。 第39卷 第1期2010年1月 化 工 技 术 与 开 发Technology &Development of Chemical Industry Vol 139 No 11 Jan 12010
白蚁及共生微生物木质纤维素水解酶的种类
白蚁及共生微生物木质纤维素水解酶的种类 3 相 辉 周志华 33 (中国科学院上海植物生理生态研究所 上海 200032) Lignocellulolytic enzymes in termite and its symbiotic microbes .XI ANG Hui ,ZH OU Zhi 2Hua 33 (Shanghai Institute o f Plant Physiology and Ecology Chinese Academy o f Sciences ,Shanghai 200032,China ) Abstract T ermites are im portant decom posers of lignocellulose in tropical ecosystems.They com prise a com plex assemblage of diverse species ,roughly divided into s o 2called lower and higher termites with different phag ous characters.T ermites can produce their own endoglucanases (EG )of G HF9,as well as glucosidase.Protistan symbiotic system of lower termite degrades cellulosic com pounds with high efficiency.Diverse lignocellulolytic enzymes are found in this system including G HF5,7and 45.Other related functional genes may include xylanase and pectinolytic related enzymes.Higher termites don ’t harbor flagellate.Fungus 2growing termites efficiently decom pose lignocellulose through their symbiotic relationship with basidiomycete fungi of the genus T ermitomyces.The symbiotic fungi produce cellulose ,xylanase and putative pectinolytic enzymes.They als o produce laccase which might be related to lignin degradation.H owever ,on m olecular level ,studies on lignocellulolytic emzymes of symbiotic fungi are relatively few.Many lignocellulolytic bacteria strains were is olated from termite guts ,divers cellulose genes were als o found recently.Lignocellulolytic enzymes in termite and its symbiotic systems may have potentials for the idea of cellulosic ethanol production by biological process. K ey w ords termite ,symbiotic flagellate ,fungi ,bacteria ,lignocellulolytic enzymes 摘 要 白蚁是热带生态系统重要的木质纤维素降解者。白蚁种类丰富,可分成高等白蚁和低等白蚁,食性也具有各自特点。白蚁自身可以产生纤维素酶,主要是G HF9的内切葡聚糖酶(EG ),也有β-葡萄糖苷酶(G B )。低等白蚁共生的原虫中已发现丰富的纤维素酶基因,属于G HF5,7和45。同时还有其他相关功能基因,如木聚糖酶和果胶类物质水解酶。高等白蚁肠道中没有共生原虫。高等培菌白蚁可以利用共生蚁巢伞属真菌促进木质纤维素降解,真菌可以产生纤维素酶,果胶质水解酶类、木聚糖酶,同时还产生可能与木质素分解相关的一种漆酶,但是从分子水平,关于共生真菌纤维素水解酶的研究还较少。白蚁肠道已分离出许多具有木质纤维素降解能力的菌株,最近的研究也发现了大量细菌纤维素酶基因。白蚁-共生系统丰富的木质纤维素水解酶类为发展生物方法开发纤维素乙醇这一思路提供有价值的资源。 关键词 白蚁,原生动物,真菌,细菌,纤维素水解酶 3中国科学院知识创新工程重要方向项目(K SCX22Y W 2G 2 022);中科院上海生命科学院优秀青年人才领域前沿项目(2007KIP501)。 33通讯作者,E 2mail :zhouzhihua @https://www.360docs.net/doc/872904832.html, 收稿日期:2007212229,修回日期:2008203213 地球上的生物质资源主要来自光合生物,其中90%以上为木质纤维素类物质,它们代表了生态系统中营养金子塔的最庞大的基层 [1] 。 天然的木质纤维素材料含有纤维素、半纤维素和木质素等。其中纤维素是地球上最丰富的多糖物质,这类物质是植物细胞壁的主要成分,也是地球上最廉价的可再生资源。纤维素是葡萄 糖分子通过β-葡萄糖苷键连接而成的大分子多糖类物质。天然的纤维素是由多条纤维素分 子链所组成的聚合物,有着复杂的超分子结构。 半纤维素是一种碱溶性的多糖,包括木聚糖、木葡聚糖和愈创葡聚糖,其中木聚糖是最丰富、分布最广的一类。木质素是一种复杂的不溶性酚
木质纤维素预处理方法的研究进展
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
微晶纤维素
微晶纤维素是一种白色、无臭、无味、多孔、易流动粉末，不溶于水、烯酸、氢氧化钠溶液及一般有机溶剂。聚合度约220，结晶度高。为高度多孔颗粒或粉末。 一、微晶纤维素主要有三大特性： 1、吸附性：为多孔性微细粉末，可以吸附其他物质如水、油及药物等。比表面积随无定形 区比例的增大而增大。 2、分散性：微晶纤维素在水中经剧烈搅拌，易于分散生成奶油般的凝胶体。胶态微晶纤维 素因含有亲水性分散剂，在水中能形成稳定的悬浮液，程不透明的“奶油”状或凝胶状。 3、反应性能：在稀碱液中少部分溶解，大部分膨化，表现出较高的反应性能。 二、微晶纤维素在国内应用领域： 1、医药卫生：①微晶纤维素分子之间存在氢键，受压时氢键缔合，故具有高度的可压性， 常被用作于粘合剂；压制的片剂遇到液体后，水分迅速进入含有微晶纤维素的片剂内部，氢键即刻断裂，因此可做为崩解剂。此外微晶纤维素的密度较低，比溶剂较大，粒度分布较宽，又常被用作稀释剂。②医药行业中MCC主要被用在两个方面，一是利用他在水中强搅拌下易于形成凝胶的特性，用于制备膏状或悬浮状类药物；二是利用其成型作用，而用于医用压片的赋形剂。目前医药行业中压片赋形剂可分为两类，一是传统方法使用淀粉赋形剂；第二类是利用新型的纤维素赋形剂。使用淀粉的工艺必须经过造粒阶段，而使用MCC则因为其流动性好，本身具有一定的粘合性直接压片，因此能工艺简化，生产效率得以提高，例外使用MCC还有服用后崩解效果好、药效快、分散好等优点，因此使用MCC在压片赋形剂上得以广泛推广应用。 2、微晶纤维素在食品工业领域的应用：
微晶纤维素作为食品添加剂的主要作用有：泡沫稳定性；高温稳定性；液体的胶化剂； 悬浮剂；乳化稳定性等。其中乳化稳定性是微晶纤维素在食品工业领域最主要的功能。 3、微晶纤维素在轻工化工领域的应用： ①陶瓷业：陶瓷厂在陶土中添加微晶纤维素，不仅能增湿坯强度，提高半成品率，而 且焙烧时烧除微晶纤维质使陶瓷具有质轻透明的特色。 ②玻璃业：微晶纤维素胶液能在玻璃表面形成极黏的膜涂层，能为玻璃纤维提供纤维 素的表层，使其能用一般的纺织机器加工。 ③涂料业：在涂料中添加微晶纤维素，能使涂料具有触变性，以控制涂料的粘度、流 动性及涂刷性能。 4、微晶纤维素在日常化学工业中的应用： ①某些等级的微晶纤维素用于化妆及皮肤护理品的制造，甚至包含尿素这样难以掺和 的配料，同起耐热稳定剂的作用。 ②微晶纤维素与细砂、高岭土等混合，可制成含磨料的卫浴、厨房及手部皮肤的清洁 剂。 ③将微晶纤维素与羧甲基纤维素钠盐、有机物及水混合，可制成服装洗涤过程的保护 性胶体。 三、医药行业中微晶纤维素用于粉末直接压片的特点： ①可以使易吸潮的药物（土霉素、食母生、酵母片等）避免湿热的阴影，克服粘冲、 劣片的现象，有利于提高片剂的质量。
木质纤维素预处理技术
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
微晶纤维素2015版中国药典标准
微晶纤维素 Weijing Xianweisu Microcrystalline Cellulose C 6n H 10n+2O 5n+1 [9004-34-6] 本品系含纤维素植物的纤维浆制得的α-纤维素，在无机酸的作用下部分解聚，纯化而得。 【性状】本品为白色或类白色粉末或颗粒状粉末；无臭，无味。 本品在水、乙醇、乙醚、稀硫酸或5%氢氧化钠溶液中几乎不溶。 【鉴别】（1)取本品lO mg,置表面皿上，加氣化锌碘试液2ml,即变蓝色。 (2)取本品约1.3g ，精密称定，置具塞锥形瓶中，精密加25ml ，振摇使微晶纤维素分散并润湿，通入氮气以排除瓶中的空气，在保持通氮气的情况下，精密加lmol/L 双氢氧化乙二胺铜溶液25ml ，除去氮气管，密塞，强力振摇，使微晶纤维素溶解，作为供试品溶液；取适量，置25℃士0.1℃ ：水浴中，约5分钟后，移至乌氏黏度计内（毛细管内径为 0.7?1.0mm ，选用适宜黏度计常数)，照黏度测定法(通则 0633第二法），于25℃士0.1℃ 水浴中测定。记录供试品溶液流经黏度计上下两刻度时的时间A ，按下式计算供试品溶液的运动黏度ν1： ν1=t 1 × K 1 分别精密量取水和lmol/L 双氢氧化乙二胺铜溶液各25ml ，混匀，作为空白溶液，取适量，置25℃士0.1℃水浴中，约5分钟后，移至乌氏黏度计内（毛细管内径为0.5?0.6mm,黏度计常数约为0.01)，照黏度测定法（通则0633第二法），于25℃士0.1℃水浴中测定。记录空白溶液流经黏度计上下两刻度时的时间按下式计算空白溶液的运动黏度v2: ν1=t 2× K 2 照下式计算微晶纤维素的相对黏度： ηrel =ν1/ν2 根据计算所得的相对黏度值（ηrel )，査附表，得〔特性黏数[>](ml/g)和浓度C(g/100ml)的乘积〕，计算聚合度（P)，应不得过350。 式中m 为供试品取样量，g ，以干燥品计算。
微晶纤维素的研究进展
微晶纤维素的研究进展
微晶纤维素的研究进展 高分子材料2班刘卓君 20080402B020 摘要：微晶纤维素是可自由流动的纤维素晶体组成的天然聚合物,它是天然纤维素经稀酸水解并经一系列处理后得到的极限聚合度的产物。广泛用于食品、医药及其他工业领域，本文综述了微晶纤维素的特性、理化性质、制备方法以及国内外微晶纤维素的研究进展。 关键词：微晶纤维素；结晶度；聚合度；可压性；流动性；制备；研究进展 正文：微晶纤维素(MCC)是由天然纤维素经稀无机酸水解达到极限聚合度的极细微的白色短棒状或无定形结晶粉末,无臭、无味。颗粒大小一般在20-80微米，极限聚合度(L0DP)在15～375；不具纤维性而流动性极强。不溶于水、稀酸、有机溶剂和油脂，在稀碱溶液中部分溶解、润涨，在羧甲基化、乙酰化、酯化过程中具有较高的反应性能。由于具有较低聚合度和较大的比表面积等特殊性质，微晶纤维素被广泛应用于医药、食品、化妆品以及轻化工行业。
微晶纤维素有两种主要形式:细粉末和胶体状。前者用于吸附剂或粘合剂,后者作为液体中的分散剂。粉末状微晶纤维素的应用范围是作为抗结块剂,它有防结块和帮助流动的作用。另外,微晶纤维素还是食品中非营养部分,用作健康食品中的食用纤维。作为功能食用纤维,微晶纤维素可起到诸多保健作用。微晶纤维素有吸油特性,所以粉末化的微晶纤维素还被用作香精和香料油的载体。另外,它常被用于某些挤出食品的助流剂。胶体状微晶纤维素的多功能性表现在:乳化和泡沫稳定性;高温下稳定性;非营养性填充物和增稠剂;液体的稳定和胶化剂;改善食品结构;悬浮剂;冷冻甜食中控制冰晶形成。 随着科技的发展，为了更大程度降低成本，有效利用资源和加强环保，人们也在不断研究采用更好的原料和更好的方法来生产微晶纤维素，并进一步探究其可能的用途。 1.微晶纤维素的理化性质 MCC 的用途广泛,用以描述的指标很多,主要有聚合度、结晶度、粒度、吸水值、润湿热、比表面积、填积密度、过滤指数和特性粘数等。