杂交狼尾草预处理及酶水解特性研究

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:bkguo2008
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能源草的生长速度快、产量大、光合作用效率高、抗逆性和适应性强,是生物质生产及其制备生物能源和化学品的重要原料。本论文以杂交狼尾草为研究对象,研究了氨水、亚硫酸钠、氢氧化钠,以及亚硫酸钠-氢氧化钠预处理对其化学组成、形态学结构以及酶水解性能的影响,考察了纤维素酶和木聚糖酶在水解能源草过程中的协同效应,分析了预处理后杂交狼尾草结构和酶水解的关系,以期通过木聚糖酶的添加来降低纤维素酶的用量,在降低酶水解的成本的同时,尽可能的提高能源草的酶水解效率。研究结果如下:1.经氨水预处理(70°C,72 h)后的狼尾草和杂交狼尾草木质素含量分别由16.5%和17.5%降低到7.6%和11.8%,纤维素含量分别提高到56.1%和49.7%。尽管纤维素结晶度有所提高,预处理后的能源草仍然表现出了优异的水解能力,且杂交狼尾草水解性能更好。在酶水解过程中,添加木聚糖酶(XYL)比增加纤维素酶(CEL)的用量更有效,添加5FPU Celluclast1.5 L/g DM(干物质),500 nkat Novozyme 188/g DM和2 mg XYL/g DM后,氨水预处理狼尾草与杂交狼尾草的葡萄糖得率达到92.3%95.4%,木糖得率达到86.9%94.2%。2.Na2SO3和Na2SO3-NaOH预处理会使木质素产生磺化,而且Na2SO3预处理时,磺化程度与Na2SO3剂量成正相关,Na2SO3-NaOH预处理与Na2SO3剂量无关,Na2SO3预处理杂交狼尾草的S元素含量(0.85%0.91%)比Na2SO3-NaOH预处理(0.27%0.29%)更高,亲水性能也更好,但是水解效率只有57.9%86.5%,不如Na2SO3-NaOH预处理(90%93.6%),这是因为其总木质素含量与表面木质素含量较高,导致的非特异性吸附。3.与Na2SO3预处理相比,NaOH预处理对杂交狼尾草形态学结构的破坏更明显,木质素脱除的也更多。在NaOH预处理时加入Na2SO3可以有效促进木质素溶解(木质素含量<5%),保留更多的碳水化合物(96%)。Na2SO3-NaOH预处理水解得率达到了93%左右,所得葡萄糖/木糖浓度是NaOH预处理的1.43倍。4.在酶水解经NaOH,Na2SO3以及Na2SO3-NaOH预处理后的杂交狼尾草时,纤维素酶的添加量不必要超过10FPU/g DM。在底物浓度较低时,Na2SO3-NaOH预处理比Na2SO3预处理表现出更好的水解性能(分别是90%93.6%和57.9%86.5%)。5.在底物浓度为10%时,添加木聚糖酶仍然比增加纤维素酶剂量效果更显著。当添加10 FPU Celluclast1.5 L/g DM和1000 nkat Novozyme 188/g DM和2 mg/g XYL DM后,经4%Na2SO3+1%NaOH预处理后杂交狼尾草的葡萄糖得率达到94.0%,最高浓度达70 mg/mL。
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