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面对全球日益严峻的能源短缺与环境污染问题,玉米芯作为一种具有可再生、绿色环保、来源广泛等优点的生物质能源原材料受到重点关注。通过优选适宜的预处理工艺除去玉米芯中的半纤维素和木质素,再将富集的纤维素进行酶解,即可制得高附加值产品——葡萄糖,其可进一步转化为生物质燃料。基于此背景,本论文以玉米芯为原料,对玉米芯预处理路径及工艺进行了比较研究,并探讨了纤维素酶解制备葡萄糖的工艺,为玉米芯的高值化利用提供参考。首先,以玉米芯为原料,利用稀H2SO4预处理以除去原料中的半纤维素,采用单因素实验法和正交实验法分别探究固液比、稀H2SO4浓度、处理温度和处理时间对半纤维素去除率的影响。实验结果表明,当固液比为1:10(g/mL)、稀H2SO4浓度为1.2%、处理温度为120℃以及处理时间为90 min时,半纤维素去除率高达86.36%;此时,玉米芯中的纤维素相对含量由33.98%升至61.52%。此外,FT-IR、XRD和SEM分析结果显示,酸处理后玉米芯微观表面的孔隙率增加,纤维比表面积增大,可及性提升。然后,利用KOH溶液处理酸水解后的玉米芯,再用纤维素酶酶解经酸碱两步预处理后的玉米芯,采用单因素实验法分别探究KOH添加量、处理温度和处理时间对木质素去除率、纤维素保留率以及酶解效率的影响。实验结果表明,当KOH添加量为16%、处理温度为70℃时,处理90 min后,得到的玉米芯中纤维素含量升至86.74%,木质素去除率为80.00%。此外,FT-IR、XRD和SEM分析结果显示,KOH处理后玉米芯微观表面的孔隙率进一步增加,促使纤维比表面积进一步增大。在温度为50℃,底物浓度为10%,纤维素酶添加量为6%的条件下酶解72 h后,最终体系中的葡萄糖浓度高达85.22 g/L,葡萄糖得率高达88.42%,即酸碱两步预处理后玉米芯的酶解效果较好。对比研究,先利用MgO预处理玉米芯以脱除木质素,后将预处理后的玉米芯进行酶解,采用单因素实验法分别探究MgO添加量、处理温度和处理时间对玉米芯中木质素去除率、纤维素保留率以及酶解效率的影响。实验结果表明,在MgO添加量为0.10 mol/L、处理温度为190℃下处理50 min后,可得到纤维素含量为43.05%的玉米芯;此时,玉米芯的木质素去除率为19.18%。此外,FT-IR、XRD和SEM分析结果显示,MgO预处理后玉米芯结晶度降低,微观表面的孔隙率增加,纤维比表面积增大。在温度为50℃,底物浓度为10%,纤维素酶添加量为6%的条件下酶解72 h后,最终体系中的葡萄糖浓度为27.52 g/L,葡萄糖得率为68.13%,即MgO预处理后玉米芯的酶解效果较好。综上可知,以上两种预处理方法均能不同程度地去除玉米芯中的半纤维素和木质素,提高纤维素纯度,增加纤维可及性。经过预处理和酶解过程,葡萄糖的得率分别为88.42%(酸碱两步预处理后酶解)和68.13%(MgO预处理后酶解),即预处理有助于提高葡萄糖得率。相对而言,MgO预处理效果不及酸碱两步预处理,但其产生的酶解抑制物少,预处理后体系中的pH值较为温和,可简化脱毒、中和等工艺;实验过程中MgO添加量少、成本较低。由此可见,以上预处理工艺及纤维素酶水解研究,可为玉米芯高效转化为高附加值产品——葡萄糖提供理论依据及技术支持。