不同收获时期五种象草稀酸预处理及酶解糖化的研究

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能源短缺与环境保护是长久以来困扰世界各国的难题,因此生物质转化现在受到了更多的关注。生物质转化指的是将生物质原料降解为糖并进一步发酵为液体燃料或者转化为糖的衍生物。虽然研究者很早就开始各种木质纤维素生物质生化转化工作,但是鲜有人研究生物质品种间差异对生物化学转化过程的影响(包括预处理和酶解),以及同一品种不同时间收获的物料对生物化学过程的影响。本文以象草为研究对象,采用相同的预处理手段和酶解技术,围绕不同品种和收获时间对预处理和酶解过程的影响进行分析研究。本研究主要内容包括:  ⑴根据美国可再生能源实验室(National Renewable Energy Laboratory)所建立的方法体系,对五种象草在三个不同收获时间收获的物料的灰分、抽提物、纤维素、半纤维素以及木质素进行比较分析,发现五种象草的灰分含量均在10%以下,其中‘HP’、‘N51’、‘SM’的最大值出现在八月份收获的物料,含量均在9%以上,而‘GM’和‘HN’的最大值则出现在九月份收获的物料,分别为8.61%、6.97%;除了八月份收获的‘GM’、‘HN’抽提物含量分别为6.78%、7.28%,其余物料的抽提物的含量均在6%以下。随着收获时期的延迟,纤维素、半纤维素以及木质素的含量均增加,其中纤维素、半纤维素含量增加缓慢,而木质素的含量则在九月和十月显著增加,这是由于植物生长过程中的木质化作用引起的。  ⑵利用本实验室自主设计的高温高压反应釜,对三个收获时间收获的物料进行稀酸预处理,预处理条件为1% H2SO4在150℃下反应20 min。经过稀酸预处理的物料水解液中主要是木糖和葡萄糖,这说明在反应过程中主要是半纤维素降解,处理后的残余物纤维素的含量百分比均超过了50%,而半纤维素降低至6%,木质素的含量指没有明显的变化,说明稀酸预处理能有效的脱除半纤维素,而对木质素的效果则不明显。利用IR、SEM、TG-DTG对残余物的微观结构进行表征,结合预处理后水解液和残余物的成分分析得知在稀酸预处理过程中,收获时间对预处理效果的影响要比象草的品种差异大得多。  ⑶对预处理后的物料在相同酶解条件下进行72 h连续酶解,从收获时间和品种差异两个维度进行对比分析。从收获时间上看,八月和九月收获的物料的纤维素转化率要高于十月的。以纤维素转化率为目标,不同品种间进行比较,可知‘HP’>‘SM’>‘HN’>‘GM’>‘N51’。在此基础上,利用统计分析软件SPSS18.0对不同品种象草的纤维素转化率和不同收获时期物料的纤维素转化率进行了系统聚类分析,可得到这样的结论:八月份和九月收获的‘SM’、‘HP’和‘HN’纤维素转化率要高于其他物料,可以对这几种物料做进一步深入研究。
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