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NaOH预处理小麦秸秆对纤维素酶水解的影响

NaOH预处理小麦秸秆对纤维素酶水解的影响

摘要:以小麦秸秆为底物,对不同NaOH预处理条件下小麦秸秆的纤维素酶水解效率进行了研究,考察因子包括NaOH质量分数、小麦秸秆固体含量、预处理时间,同时利用扫描电子显微镜(SEM)分析了酶水解过程中小麦秸秆的结构变化。结果表明,在NaOH质量分数为1.00%、小麦秸秆固体含量为0.050 g/mL、预处理时间为60 min时,小麦秸秆的糖化效率最高,总还原糖的产率达到86.61%,较未处理时产率提升74.60个百分点。利用最佳预处理条件下的小麦秸秆进行同步糖化发酵,其乙醇产率达到71.70%,较未处理时产率提升49.30个百分点。

关键词:小麦秸秆;糖化发酵;NaOH预处理

第二代生物质乙醇是利用不同的原料如木材、农业或者森林废弃物来生产,纤维素乙醇作为一种重要的可再生能源,具有能够支撑全球能源消耗20%~100%的潜力。在纤维素乙醇的生产过程中非常重要的一步就是将半纤维素和纤维素水解为单糖,目前最具发展前景的水解方法为纤维素酶水解。为了使纤维素酶能够与纤维素有效接触,需要在水解之前对木质纤维素材料进行预处理,解除木质素、半纤维素等对纤维素的保护作用,同时破坏纤维素的结晶结构,增加其比表面积[1],从而提高纤维素的水解糖化效率。

NaOH溶液的润涨处理是发现最早、应用最广的预处理手段之一,其处理温度和压力都低于其他预处理手段[2]。NaOH预处理打开了交联木质素和木聚糖的酯键,能够部分溶解原料中的木质素、半纤维素,降低纤维素的结晶度,同时增大了木质素材料的比表面积,能够得到较高的酶解糖化率,是一种较为有效的预处理方法[3]。

本试验使用NaOH溶液对小麦秸秆进行预处理,分别研究了NaOH质量分数、小麦秸秆固体含量、预处理时间等因素对小麦秸秆纤维素酶水解过程的影响,得到了最佳的NaOH预处理条件,之后对经最佳条件预处理后的小麦秸秆进行了同步糖化发酵试验,并在电子显微镜下观察了预处理前后的秸秆结构变化,进一步明确了NaOH预处理的效果。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 原料 小麦秸秆取自太湖农村,机器收割,不含秸秆根部和麦穗。

1.1.2 酶制剂 纤维素酶购自Sigma公司,为淡黄色液体纤维素酶。

1.1.3 酵母菌 试验所用酵母为酿酒酵母BY4742, 于4 ℃下保存。

1.2 方法

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