糙皮侧耳联合氨化预处理对玉米秸秆酶解产糖的影响

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从木质纤维素生物质转化而来的生物燃料可以减少全球对化石燃料的依赖和温室气体的排放。木质纤维素生物质资源丰富,可再生,而且价格低廉,但由于其复杂的异质性和顽抗性,预处理被认为是一个不可或缺的步骤。生物预处理虽然因绿色节能而极具前景,但也存在耗时长、效率低等不足,生物联合化学预处理可提高处理效率,节约试剂。然而最常见的生物联合碱预处理也因强碱的使用存在易产生抑制剂、需要额外的洗涤步骤等问题。因此,本文选择全球栽培面积和消费量最大的食用菌之一,且可选择性降解木质素的糙皮侧耳进行生物预处理,并以反应温和的氨试剂进行化学预处理。在本文中,以玉米秸秆为原料制备生产乙醇所需的糖,研究糙皮侧耳和高固含量氨化预处理及其联合预处理对玉米秸秆酶解产糖的影响。主要研究内容如下:(1)以还原糖产量和失重率为主要指标探究糙皮侧耳接种量、含水量和发酵时间对玉米秸秆酶解产糖的影响,通过扫描电镜和傅里叶红外光谱探究糙皮侧耳预处理对玉米秸秆结构的影响。结果表明糙皮侧耳预处理的最佳条件为接种量10%,含水量80%,发酵28 d,此时还原糖产量为214.50 mg/g,与原料相比提高了4.14%。经糙皮侧耳处理后,玉米秸秆表面出现明显的孔洞,木质素和纤维素的结构也发生了改变。(2)以还原糖产量为主要指标,研究了氨化剂种类、氨化剂浓度、固含量和氨化时间对玉米秸秆酶解产糖的影响,并在单因素实验的基础上进行正交优化实验以确定最佳氨化预处理条件。最佳条件为以碳酸铵为氨化剂,浓度20%,固含量50%,氨化11 d,此时还原糖产量为312.67 mg/g,与原料提相比提高了51.80%。玉米秸秆经碳酸铵预处理后,木质素和纤维素的结构发生变化,表面结构变得粗糙疏松,纤维束暴露,更有利于纤维素酶作用。(3)以还原糖产量为主要指标,探究糙皮侧耳联合氨化预处理及处理顺序对玉米秸秆酶解产糖的影响,并通过成分测定和结构表征来探究不同预处理方法对玉米秸秆酶解产糖的影响。玉米秸秆经氨化预处理后再进行固态发酵可以降低糙皮侧耳分泌的漆酶酶活,提高纤维素酶酶活,并降低还原糖产量。糙皮侧耳发酵后再进行氨化预处理可显著提高还原糖的产量,最高达到374.55 mg/g,与原料相比提高了81.85%。当糙皮侧耳发酵21 d再进行10%碳酸铵预处理11 d,还原糖产量为311.09 mg/g,与20%碳酸铵单独预处理相比可节约50%的试剂。扫描电镜图显示玉米秸秆经不同方法预处理后结构发生了显著变化,其中联合预处理对玉米秸秆表面破坏程度最大,孔洞、沟壑和裂痕更加明显。红外光谱结果表明玉米秸秆经不同方法预处理后,其木质素和纤维素的结构都遭到了破坏。X射线衍射结果显示,玉米秸秆经不同方法预处理后结晶度下降,其中糙皮侧耳发酵21 d+10%碳酸铵预处理的玉米秸秆结晶度下降最多。
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