南荻与玉米秸秆汽爆预处理条件和酶解效果的研究

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能源的短缺和环境的污染使得人们对纤维素乙醇越来越重视,在纤维素乙醇的生产过程中,生物质的预处理是很重要的一个环节。预处理的方法有很多,各有优缺点,其中蒸汽爆破预处理具有高效、低污染和低能耗等特点,是一种非常具有潜力的预处理方式。但是对于不同种类的生物质而言,它们最适的蒸汽爆破预处理条件是不同的。  芒属植物中的南荻具有生物量大、纤维素含量高和生态适应性强等特点,是一种优异的纤维素乙醇原料。我国每年产出的玉米秸秆量巨大,若加以利用生产纤维素乙醇,则能取得经济和环境的双重效益。因此本研究以能源植物南荻和常见的玉米秸秆为材料,以蒸汽爆破为预处理方式,每种材料做了9个不同温度和时间的预处理。预处理后,测定了材料的成分,并做了酶解实验,以找出最优的蒸汽爆破预处理条件。  实验结果表明,南荻最好的蒸汽爆破预处理条件是210℃、20min。预处理后,南荻的纤维素含量为52.54%,纤维素回收率为91.61%,3%(w/v)底物浓度酶解120h后,葡萄糖浓度为14.96g/1,纤维素酶解率为85.41%,葡萄糖产率为78.25%。玉米秸秆最好的预处理条件是200℃、10min。预处理后,玉米秸秆的纤维素含量为44.17%,纤维素回收率为74.80%,3%(w/v)底物浓度酶解120h后,葡萄糖浓度为11.83g/l,纤维素酶解率为80.33%,葡萄糖得率为60.08%。在最优的预处理条件下,延长酶解时间有利于提高南荻的纤维素酶解率,但对提高玉米秸秆的纤维素酶解率的作用有限。  相关性分析结果表明,无论是南荻还是玉米秸秆,预处理后材料中的木聚糖含量与纤维素酶解率都呈线性负相关。在本研究的预处理强度范围内,预处理强度与南荻和玉米秸秆酶解后的葡萄糖浓度、纤维素酶解率、葡萄糖产率都呈线性正相关。预处理温度和时间的双因素方差分析结果表明,温度和时间对南荻和玉米秸秆的纤维素酶解率和葡萄糖产率都有极显著的影响,而且温度和时间具有交互作用。说明在进行蒸汽爆破预处理的时候,应该同时考虑温度和时间对预处理效果的影响。  本文细致地研究了我国特有能源植物南荻的蒸汽爆破预处理的最佳条件,首次严格地比较了南荻与玉米秸秆的预处理条件,并结合它们的组织结构,分析了预处理条件差异的影响因素,为将来利用能源作物结合农作物秸秆进行生物质能源的生产打下了基础。
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