兩種氧化預(yù)處理下不同植物生物質(zhì)基質(zhì)特性及酶解產(chǎn)糖差異研究.pdf

1、為了緩解能源短缺和環(huán)境污染的雙重壓力，世界各國(guó)對(duì)可再生能源的開發(fā)越來越重視，尤其是生物質(zhì)能的開發(fā)和利用。木質(zhì)纖維素原料來源廣泛，是地球上儲(chǔ)量最豐富的可再生資源之一，被廣泛認(rèn)為是可替代糧食作為生產(chǎn)第2代生物乙醇的原料，具有較大的發(fā)展?jié)摿?。但是木質(zhì)纖維素種類、化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)特性復(fù)雜，很難直接被纖維素酶水解產(chǎn)生可發(fā)酵糖。其中，由于木質(zhì)素的包裹作用，使得其中纖維素和半纖維素的酶解效率低。為提高木質(zhì)纖維素原料的酶解效率，預(yù)處理成為木質(zhì)纖維素能源化

2、利用中不可缺少的環(huán)節(jié)。預(yù)處理主要通過改變木質(zhì)纖維素的結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成，提高纖維素酶的可及表面積，進(jìn)而提高還原糖產(chǎn)率。然而，同一預(yù)處理在不同種類的植物生物質(zhì)上的效果可能不同。比如，水生和陸生的木質(zhì)纖維素經(jīng)過完全相同的預(yù)處理后，其酶解產(chǎn)糖效率有較大的差異。這主要是由于水生和陸生木質(zhì)纖維素的化學(xué)組成及結(jié)構(gòu)特性上有較大的差異性。因此，針對(duì)不同化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)特性的木質(zhì)纖維素原料，選擇合適的預(yù)處理方法以及條件，能夠有效提高不同木質(zhì)纖維素原料的利用率以

3、及還原糖產(chǎn)率，對(duì)降低第二代生物乙醇的生產(chǎn)成本具有重要意義。
　　本文選取三種不同生境來源的木質(zhì)纖維素，即水生草本植物鳳眼蓮（俗名水葫蘆）、陸生草本植物甘蔗渣和陸生木本植物水杉，兩種不同氧化程度的氧化方法——過氧乙酸和芬頓試劑作為化學(xué)預(yù)處理方法，對(duì)以上三種植物生物質(zhì)進(jìn)行預(yù)處理后酶解產(chǎn)糖，比較兩種預(yù)處理對(duì)不同植物生物質(zhì)化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)特性改變的效果差異，并分析其與酶解產(chǎn)糖效率之間的關(guān)系。主要研究結(jié)果如下:
　　(1)三種植物生物質(zhì)

4、中，水生植物鳳眼蓮的纖維素和木質(zhì)素含量最低，半纖維素和灰分的含量最高;陸生植物水杉的纖維素和木質(zhì)素含量最高。三種生物質(zhì)原料的可酶解部分（纖維素和半纖維素）含量都在70％以上，故鳳眼蓮、甘蔗渣和水杉都較適合作為生物質(zhì)能源原料。
　　(2)過氧乙酸(PAA)預(yù)處理鳳眼蓮、甘蔗渣和水杉的條件為:溫度25℃，時(shí)間24 h，過氧乙酸濃度15％(w/w)，生物質(zhì)濃度為1g/10 mL。預(yù)處理后鳳眼蓮、甘蔗渣和水杉的回收率分別為67.17％、5

5、5.71％、76.17％。在酶負(fù)荷為8.23FPU/g基質(zhì)，酶解時(shí)間為72 h時(shí)，預(yù)處理后的鳳眼蓮、甘蔗渣和水杉的還原糖產(chǎn)率分別為9.25％、45.87％和55.52％，較預(yù)處理前的還原糖產(chǎn)率都有極顯著的提高。過氧乙酸通過改變木質(zhì)纖維素的結(jié)構(gòu)和氧化木質(zhì)素，使木質(zhì)纖維素中可酶解的多糖暴露出來，增大可及表面積和保水值，提高酶解效率和還原糖產(chǎn)率。當(dāng)酶負(fù)荷增加到30 FPU/g基質(zhì)，酶解時(shí)間仍為72 h時(shí)，預(yù)處理后的鳳眼蓮、甘蔗渣和水杉的還原糖

6、產(chǎn)率分別為17.51％、60.00％和69.07％，較低酶用量時(shí)均有所增加。
　　(3)芬頓試劑(Fenton)預(yù)處理鳳眼蓮的最優(yōu)條件為:pH3.6，溫度40℃，時(shí)間24 h，F(xiàn)e2+∶30％H2O2=1∶25(w/w)，生物質(zhì)濃度為1 g/20 mL。預(yù)處理后鳳眼蓮、甘蔗渣和水杉的回收率分別為41.92％、70.93％和91.33％。在酶負(fù)荷為8.23FPU/g基質(zhì)，酶解時(shí)間為72 h時(shí)，預(yù)處理后的鳳眼蓮、甘蔗渣和水杉的還原糖產(chǎn)

7、率分別為27.49％、9.61％和1.93％，其中鳳眼蓮的還原糖產(chǎn)率較預(yù)處理前的有顯著提高，而預(yù)處理前后的甘蔗渣和水杉的還原糖產(chǎn)率并無明顯變化。當(dāng)酶負(fù)荷增加到30 FPU/g基質(zhì)，酶解時(shí)間仍為72 h時(shí)，預(yù)處理后的鳳眼蓮、甘蔗渣和水杉的還原糖產(chǎn)率分別為34.28％、11.85％和3.41％，較低酶用量時(shí)均有所增加。
　　(4)比較兩種預(yù)處理在三種植物生物質(zhì)上的效果可知，過氧乙酸對(duì)陸生木質(zhì)纖維素中木質(zhì)素的去除效果較芬頓試劑好，木質(zhì)素