玉米秸秆的预处理及纤维素酶水解

来源 :中国科学院广州化学研究所 中国科学院广州化学有限公司(中国科学院广州化学研究所) | 被引量 : 0次 | 上传用户:luckchenhu
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由木质纤维素制燃料酒精符合环境友好的可持续发展要求,是由植物生物质获得替代能源的一个重要研究方向。该过程主要是通过原料预处理、纤维素酶水解获得还原糖,再由酵母或者细菌发酵糖获得酒精。本文以玉米秸秆为原料,实验研究其预处理及纤维素酶水解两方面的基础问题,寻求较佳实验方法和实验条件以减少酶用量、提高还原糖得率,从而增强反应效率、降低成本。   稀酸预处理木质纤维素通过降解底物中的半纤维素获得还原糖,主要是容易发酵的木糖。Fe3+对玉米秸秆的酸预处理有明显促进作用。碱预处理玉米秸秆可去除底物中的大部分木质素,且不破坏半纤维素和纤维素组分。碱溶胀底物分子使其结晶度大幅度下降,有效促进随后纤维素酶与底物的接触及反应。无论通过哪种方法预处理,较未经处理的玉米秸秆,预处理渣的纤维素酶水解都能获得更高的葡萄糖得率,酶解效率大大提高。   虽然有关木质纤维素酶解方面的研究已有大量报导,但如何在低酶用量下提高水解效率仍然是一个难点。在酶解液中添加非离子表面活性剂被认为是一种有效增强木质纤维素酶解的方法,对其作用机制的理解还不是很完善。本文用Chrasil方程和经典Michaelis-Menten方程研究了碱处理玉米秸秆的纤维素酶水解体系,并初步探讨了聚乙二醇4000对水解体系的影响。实验结果表明,添加聚乙二醇前后,体系的酶解过程均很好的符合上述两种理论。聚乙二醇对木质纤维素酶解的影响主要表现在以下几个方面:(1)在固液两相间形成良好亲水环境,降低扩散阻力,加强物质传递,提高了反应速率和还原糖得率;(2)聚乙二醇在底物表面的吸附影响底物形态结构,更利于与纤维素酶反应;(3)聚乙二醇可提高木质纤维素酶解速率,减少酶用量。当酶浓度较低时,其增强效果更明显。另外,聚乙二醇—底物用量比对酶解效果的影响较明显,聚乙二醇预吸附时间对反应影响不大。   对聚乙二醇—纤维素酶水解木质纤维素体系间歇施加适当超声场可更新反应面,延迟反应的钝化,激活纤维素酶,增强反应程度,从而降低饱和酶用量,提高纤维素转化率。超声处理玉米秸秆的聚乙二醇—纤维素酶水解体系主要受超声功率影响。表面活性剂浓度对超声效果有明显相关性。
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