纖維素酶降解玉米秸稈以及發(fā)酵生產(chǎn)酒精的研究.pdf

1、隨著全球溫室效應(yīng)的逐步嚴(yán)重，能源短缺以及石油價(jià)格的節(jié)節(jié)攀升，越來越多的人已將注意力集中于燃料乙醇這種可再生能源的開發(fā)利用上。天然纖維素類物質(zhì)，如農(nóng)業(yè)廢棄物、草本植物等以其廉價(jià)的成本和廣闊的來源成為生產(chǎn)燃料乙醇的主要原材料。本實(shí)驗(yàn)以玉米秸稈為原料，研究了纖維素酶對(duì)經(jīng)物理化學(xué)方法處理后的玉米秸稈的酶解作用，以及在此基礎(chǔ)上以釀酒酵母發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇的條件。結(jié)果如下： 1．在121℃，0.1 MPa下，以1％硫酸按固液比1:5處理玉米秸

2、稈40 min為最佳預(yù)處理?xiàng)l件。 2．在相同條件下氫氧化鈉處理玉米秸稈，還原性糖的產(chǎn)量遠(yuǎn)較硫酸處理低，但對(duì)纖維素物料化學(xué)組成比例有很大影響，NaOH有較強(qiáng)的脫木素作用，且預(yù)處理后，物料中纖維素明顯得到潤(rùn)脹，纖維素結(jié)晶指數(shù)降低，纖維素結(jié)晶區(qū)受到破壞，更利于纖維素酶和木聚糖酶的酶解作用。 3．纖維素酶的相對(duì)酶活性受一些金屬離子和酸根離子的影響，例如AlCl<,3>，CoCl<,2>，CaCl<,2>和KCl對(duì)纖維素酶的活性影

3、響呈拋物線型，當(dāng)離子濃度低于1 mmol/L時(shí)，被測(cè)離子對(duì)纖維素酶起促進(jìn)作用或輕微抑制作用，但當(dāng)離子濃度超過10 mmol/L時(shí)，則有強(qiáng)烈的抑制作用。同等條件下，金屬離子和酸根離子對(duì)相對(duì)較純的纖維素酶的影響作用要低于純度低的纖維素酶。濃度相同時(shí)金屬離子對(duì)纖維素酶的影響，與其離子的化合價(jià)高低有關(guān)，化和價(jià)越高則抑制作用越強(qiáng)。金屬離子和酸根離子對(duì)纖維素酶的作用也受測(cè)定方法的影響。此外以羧甲基纖維素鈉為底物，對(duì)幾種離子的抑制作用進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)研究

4、分析顯示，Al<'3+>對(duì)纖維素酶起非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用(K<,m>=13.3 g/L；V<,max>=0.179 mg/min，當(dāng)AlCl<,3>濃度為5.0mmol/L)。但Mg<'2+>和SO<,4><'2->起競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用，對(duì)Mg<'2+>，Vmax近似為0.265 mg/minfor Mg<'2+>(K<,m>=25.1g/L，當(dāng)MgCl<,2>濃度為10 mmol/L)，對(duì)SO<,4><'2->，V<,max>為0.222 m

5、g/min，(K<,m>=18.9g/L，當(dāng)Na<,2>SO<,4>為0.3 mol/L)。且隨著離子濃度的增加，直線回歸線的斜率也在增加。 4．利用不同比例的纖維素酶和木聚糖酶對(duì)酸預(yù)處理后的玉米秸稈進(jìn)行酶解，最高還原糖產(chǎn)量可達(dá)到3745.3 mG/5g秸稈，但從經(jīng)濟(jì)學(xué)的角度考慮，當(dāng)纖維素酶用量為182.5 U，木聚糖酶用量為150U，酶解時(shí)間為24 h時(shí)，酶解作用的效率最高；另外，同等酶解條件下經(jīng)氫氧化鈉預(yù)處理后的玉米秸稈，最

6、高還原糖產(chǎn)量可達(dá)2882.6 mg5g秸稈，因此高溫高壓下氫氧化鈉對(duì)秸稈的作用也是一種有效的預(yù)處理方法。 5．對(duì)于釀酒酵母發(fā)酵生產(chǎn)酒精，在發(fā)酵48 h內(nèi)時(shí)，尼克酸對(duì)高壓蒸汽下硫酸或氫氧化鈉-纖維素酶預(yù)處理后秸稈發(fā)酵產(chǎn)酒精量、還原糖的利用量有促進(jìn)作用。此外，Al<'3+>不適于應(yīng)用到發(fā)酵酒精生產(chǎn)中。 玉米秸稈在高壓蒸汽下以1％硫酸或氫氧化鈉按固液比1:5處理玉米秸稈40 min后以182.5 U纖維素酶和150 U木聚糖