论文部分内容阅读
为研究碱法预处理对不同底物特性的木质纤维素结构及其酶解效率的影响,选用柠条锦鸡儿(以下简称柠条)和小麦秸秆为原料,用NaOH溶液分别在常温和高温条件下进行预处理。通过SEM、FRIT等分析预处理后木质纤维素的表面形态、化学成分的变化,并用纤维素酶对预处理后的木质纤维素原料进行酶解糖化实验。结果表明,NaOH碱处理能有效的去除木质纤维素的木质素成分,破坏致密的物理结构,木质素结构受到一定程度的破坏,羟基、亚甲基、甲氧基和酯键等部分官能团发生断裂。酶解结果显示:碱处理破坏木质纤维素原料中的结晶区,增大原料的孔隙率和内表面积,从而增加纤维素酶的可及性和酶解转化率。其中温度又作为一个重要的因素影响NaOH碱处理的效果,当温度升高时,NaOH碱处理对木质素的去除效果更好,对底物的物理结构破坏更严重,因此升高温度会促进NaOH碱处理的作用效果。采用蒸汽爆破、碱法预处理以及两者集成的方式分别进行预处理,通过扫描电镜(SEM)和傅里叶红外光谱(FTIR)等方法,分析了不同方法预处理前后柠条和小麦秸秆形态和化学成分的变化规律,研究了碱处理与蒸汽爆破的不同集成顺序对柠条和小麦秸秆纤维素、半纤维素和木质素成分变化的影响机制。研究表明,相比碱处理后再经过蒸汽爆破预处理,蒸汽爆破后再经过碱法预处理的柠条和小麦秸秆中纤维素成分含量高达88.15%和65.36%,半纤维素和木质素成分分别含量减少到5.55%和4.13%、7.90%和17.94%。SEM和FTIR分析结果及低纤维素负荷酶解结果表明,与其他预处理方法相比,蒸汽爆破预处理后再经过碱处理对小麦秸秆的物理结构破坏程度更大,对木质素的去除效果更显著,纤维素的酶解转化率也明显优于其他预处理样品。以分批补料的手段对各预处理后柠条和小麦秸秆进行高固体含量酶解,蒸汽爆破后再经过碱法预处理的小麦秸秆和柠条在酶解时纤维素的最终负荷分别达到18%和15%,纤维素转化率可达80.53%和60.84%,其中SAP预处理后小麦秸秆的酶解液中葡萄糖的最终浓度为143.59 g/L。结果表明,蒸汽爆破与碱处理以不同的顺序集成对小麦秸秆的预处理效果不同,蒸汽爆破后集成碱后处理的方法能极大的提高小麦秸秆的酶解效率。以SAP预处理后的小麦秸秆和柠条为底物进行同步糖化发酵,当预处理底物的葡聚糖负荷分别为6%和4%时,经过24h后乙醇的转化率就分别达到了60%和50%,当SSF进行到72h时,最终乙醇的浓度分别为24.12g/L和、13.09g/L,分别占理论最大浓度的70.77%和57.63%。结果表明,由于SAP预处理富集了小麦秸秆和柠条的纤维素成分,SAP预处理同样能有效促进同步糖化发酵过程。