秸秆饲料化预处理方式及其发酵抑制化合物的作用机理

发布时间：2019-08-15 12:22

【摘要】：农作物秸秆作为一种资源丰富、来源广泛的生物质资源,在畜牧业和生物能源产业应用潜力巨大。但由于其复杂的化学组成以及抗性结构,使其不能直接高效地通过生物转化所利用。通过预处理可以降低秸秆纤维素的结晶度,提高秸秆的利用率。然而预处理过程不可避免地使秸秆在高温或化学催化作用下过度降解,并伴随着副产物的产生,对后续微生物发酵有抑制作用。本文综述了秸秆的稀酸、碱、蒸汽爆破以及生物预处理技术的研究进展,并对预处理副产物呋喃类衍生物、弱酸类和酚类化合物的产生与抑制机理作一综述。
【图文】：

抑制物,秸秆,预处理

釴馇谢钚宰?高。生物预处理条件温和、能耗低且环境污染小，但也存在着可选菌种偏少、酶解效率低、周期长的问题;且微生物的引入或多或少会造成秸秆中糖分被预处理微生物所利用，降低发酵过程中的底物浓度。2发酵抑制化合物的种类及其抑制机理蒸汽爆破和化学预处理伴随副产物的形成已成共识，且过量的副产物对微生物发酵有抑制作用。根据这些副产物的来源，通常分为呋喃类衍生物、弱酸类和酚类化合物3类。认识和理解发酵抑制物的种类及其抑制机理，对实际生产中预处理方法的选择和预处理条件的优化具有重要意义。图1为预处理过程中各抑制物的形成。Cellulose:纤维素;Hemicellulose:半纤维素;Lignins:木质素;Woodextractives:木质提取物;Glucose:葡萄糖;Mannose:甘露糖;Galactose:半乳糖;Xylose:木糖;Arabinse:阿拉伯糖;Hydroxymenthylfurfural(HMF):羟甲基糠醛;Fufural:糠醛;Levulin-icacid:乙酰丙酸;Formicacid:甲酸;Aceticacid:乙酸;Phenols:酚类化合物。图1秸秆预处理过程中抑制物的形成Fig．1Formationofinhibitorsduringcornstrawpretreatment［24］2．1呋喃类衍生物糠醛和5－羟甲基糠醛(5-hydroxymethylfur-fural，5-HMF)是木质纤维素常见的预处理副产物，他们分别由原料中半纤维素水解得到的戊糖和己糖脱水生成。呋喃醛类化合物对酿酒酵母的影响主要是通过抑制酵母的生长，使迟滞期延长，从而降低乙醇得率和产量。当糠醛浓度低于0．5g/L可促进树干毕赤酵母的生长，2．0g/L糠醛则完全抑制酵母细胞生长，糠醛浓度为1．5g/L即可使乙醇得率降低90．4%［25］。糠醛能够抑制细胞内转化活性醛的醛氧化酶类，导致细胞内活性氧(reac-tiveoxygenspecies，ROS)含量的积累，对细胞线粒体、液泡膜、肌动蛋白细胞骨架和核染色质?

抑制物,秸秆,预处理

釴馇谢钚宰?高。生物预处理条件温和、能耗低且环境污染小，但也存在着可选菌种偏少、酶解效率低、周期长的问题;且微生物的引入或多或少会造成秸秆中糖分被预处理微生物所利用，降低发酵过程中的底物浓度。2发酵抑制化合物的种类及其抑制机理蒸汽爆破和化学预处理伴随副产物的形成已成共识，且过量的副产物对微生物发酵有抑制作用。根据这些副产物的来源，，通常分为呋喃类衍生物、弱酸类和酚类化合物3类。认识和理解发酵抑制物的种类及其抑制机理，对实际生产中预处理方法的选择和预处理条件的优化具有重要意义。图1为预处理过程中各抑制物的形成。Cellulose:纤维素;Hemicellulose:半纤维素;Lignins:木质素;Woodextractives:木质提取物;Glucose:葡萄糖;Mannose:甘露糖;Galactose:半乳糖;Xylose:木糖;Arabinse:阿拉伯糖;Hydroxymenthylfurfural(HMF):羟甲基糠醛;Fufural:糠醛;Levulin-icacid:乙酰丙酸;Formicacid:甲酸;Aceticacid:乙酸;Phenols:酚类化合物。图1秸秆预处理过程中抑制物的形成Fig．1Formationofinhibitorsduringcornstrawpretreatment［24］2．1呋喃类衍生物糠醛和5－羟甲基糠醛(5-hydroxymethylfur-fural，5-HMF)是木质纤维素常见的预处理副产物，他们分别由原料中半纤维素水解得到的戊糖和己糖脱水生成。呋喃醛类化合物对酿酒酵母的影响主要是通过抑制酵母的生长，使迟滞期延长，从而降低乙醇得率和产量。当糠醛浓度低于0．5g/L可促进树干毕赤酵母的生长，2．0g/L糠醛则完全抑制酵母细胞生长，糠醛浓度为1．5g/L即可使乙醇得率降低90．4%［25］。糠醛能够抑制细胞内转化活性醛的醛氧化酶类，导致细胞内活性氧(reac-tiveoxygenspecies，ROS)含量的积累，对细胞线粒体、液泡膜、肌动蛋白细胞骨架和核染色质?
【作者单位】：中国农业科学院北京畜牧兽医研究所动物营养学国家重点实验室;扬州大学动物科学与技术学院;
【基金】：国家自然科学基金(31261140365) 现代农业产业技术体系专项资金(nycytx-04-01) 中国农业科学院科技创新工程(ASTIPIAS12)
【分类号】：S816

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