论文部分内容阅读
本实验以不添加任何化学试剂的砂轮磨预处理制取的小麦秸秆为研究对象,研究了稀酸水解效果以及稀碱法对砂轮磨小麦秸秆中各组分含量的影响。之后用酸性纤维素酶对经砂轮磨和化学法联合预处理过的小麦秸秆进行了酶法糖化的研究。稀酸水解实验发现在100-125℃的条件下,对小麦秸秆中的纤维素的水解程度不大,而80%以上的半纤维素可以被分解为单糖。纤维素转化率一般会随着酸浓、反应时间、反应温度的增加而逐渐升高;半纤维素转化率一般先随着酸浓、反应时间、反应温度的增加而升高,然后由于糠醛等单糖分解物的生成而出现一定程度的下降。随后的正交优化实验表明,稀盐酸水解中各因素对原料糖化率的影响程度依次为:反应温度>固液比>稀盐酸浓度>反应时间。最佳水解条件为:3%HCl,温度120℃,时间60min,固液比为1:15。此条件下的纤维素转化率、半纤维素转化率以及总的糖化率分别为17.22%,96.04%,53.40%。稀硫酸水解中各因素对原料糖化率的影响程度依次为:反应温度>稀盐酸浓度>反应时间>固液比。最佳水解条件为:硫酸浓度为4%,温度为120℃,反应时间为80min,固液比为1:15。此条件下的纤维素转化率、半纤维素转化率以及总的糖化率分别为14.46%,94.25%,51.09%。稀碱预处理实验表明,稀NaOH溶液能很好的去除草浆中的木质素,同时部分半纤维素也会被去除,但是对纤维素的影响不大。其他条件保持不变时,碱液浓度对半纤维素的影响更加显著,但为了提高小麦秸秆的利用率,应该使用低浓度的NaOH溶液来尽可能的避免半纤维素的去除;而木质素与半纤维素的去除率一般会随着碱液中NaOH的浓度提高而逐渐上升,尤其是木质素;预处理时间对二者的去除率影响不大,大部分的半纤维素和木质素的去除集中在反应的初始阶段(前2h);稀碱预处理在100℃的条件下进行1h,83.33%的木质素以及43.41%的半纤维素即可被去除。最后的酶水解结果表明,纤维素外层的木质素是阻碍纤维素酶发挥作用的主要因素,经过砂轮磨预处理和稀碱预处理的联合作用,去除小麦秸秆中的大部分木质素后,极大地增强了秸秆的酶水解性。稀碱预处理后的小麦秸秆的纤维素以及半纤维素酶水解的还原糖得率与秸秆中木质素的含量成反比。在最佳条件下,通过酸性纤维素酶水解获得的最高还原糖得率和戊糖得率分别为98.47%,98.15%,最高还原糖浓度为53.5g/l。最佳酶水解条件为:小麦秸秆碱预处理温度为100℃,酶水解温度为50℃,pH为4.8,酶用量为10FPIU/g底物,固液比为1:20。