鳳眼蓮和甘蔗渣三素構(gòu)成對(duì)其酶解產(chǎn)糖影響的模擬與實(shí)證研究.pdf

1、目前，能源的短缺和環(huán)境的污染已經(jīng)是當(dāng)今世界各國(guó)共同面臨的核心問(wèn)題，可再生能源將是未來(lái)世界能源格局中的戰(zhàn)略性選擇。在可再生能源中，以木質(zhì)纖維素為原料生產(chǎn)生物乙醇的第二代生物乙醇技術(shù)越來(lái)越受到人們的關(guān)注。木質(zhì)纖維素中，水生和陸生植物原料的化學(xué)構(gòu)成和結(jié)構(gòu)特性差異較大，可能對(duì)其酶解產(chǎn)糖效率有重要影響。本文選取鳳眼蓮和甘蔗渣為代表性水生和陸生植物，分析它們?cè)诨瘜W(xué)成分和纖維素結(jié)構(gòu)特性上的差異;提取鳳眼蓮和甘蔗渣的纖維素，基于提取纖維素配制人工生物質(zhì)

2、樣品進(jìn)行纖維素酶酶解產(chǎn)糖實(shí)驗(yàn)，建立了各自不同纖維素、半纖維素和木質(zhì)素（三素）配比與酶解產(chǎn)糖關(guān)系的方程，并與實(shí)際生物質(zhì)酶解產(chǎn)糖進(jìn)行比較，分析兩者模擬產(chǎn)糖差異的原因及與實(shí)際生物質(zhì)產(chǎn)糖差異的原因。研究結(jié)果為選擇利用不同生境來(lái)源的木質(zhì)纖維素原料酶解產(chǎn)糖奠定理論了基礎(chǔ)。其中對(duì)水生植物鳳眼蓮，還考慮了不同生育期下生物質(zhì)三素構(gòu)成和纖維素結(jié)晶度指數(shù)對(duì)其酶解產(chǎn)糖的影響。另外，本文還對(duì)鳳眼蓮和甘蔗渣中三素的分離方法進(jìn)行了探討，主要結(jié)果如下:
　　(1

3、)所用野生成熟鳳眼蓮秸稈的纖維素含量為19.44％，半纖維素含量為41.51％，木質(zhì)素含量為11.66％，粗灰分含量為16.25％;甘蔗渣的纖維素含量為32.38％，半纖維素含量為28.65％，木質(zhì)素含量為13.38％，粗灰分含量為13.58％。野生鳳眼蓮的產(chǎn)糖物質(zhì)（纖維素和半纖維素之和）60.95％和甘蔗的61.03％差異不大。
　　(2)用硝酸和無(wú)水乙醇（體積比1∶4）作為提取液，在固液比為1∶25，沸水浴加熱60min的情況

4、下，能較好地分離出鳳眼蓮和甘蔗渣中的纖維素。其中，甘蔗渣纖維素的純度更高。采用在酸性洗滌液（范式法測(cè)三素中用于溶解半纖維素）處理木質(zhì)纖維素所得液體樣品中加乙醇沉淀的方法，不能很好地分離半纖維素。采用酸性洗滌木質(zhì)素的方法也不能很好地分離木質(zhì)素。
　　(3)隨著鳳眼蓮的生長(zhǎng)，丙酮提取物和半纖維素的含量呈遞減的趨勢(shì)，纖維素和木質(zhì)素的含量呈遞增趨勢(shì)。同樣的酶解條件下，無(wú)其它前處理時(shí)，幼苗樣的酶解產(chǎn)糖顯著快于培養(yǎng)3周樣和培養(yǎng)7周樣。隨著生育

5、期的延長(zhǎng)，樣品的結(jié)晶程度增加，培養(yǎng)3周樣和培養(yǎng)7周樣的三素之間的結(jié)合相比幼苗樣更為緊致，這可能是幼苗樣的產(chǎn)糖顯著快于后兩者的重要原因。為高效利用鳳眼蓮植株產(chǎn)糖，需要綜合考慮生物量、三素含量、產(chǎn)糖速率/糖轉(zhuǎn)化率來(lái)決定最佳收獲時(shí)期（生育期）。
　　(4)基于鳳眼蓮和甘蔗渣纖維素的不同三素配比的人工生物質(zhì)的酶解實(shí)驗(yàn)表明，不同酶解時(shí)間下，還原糖產(chǎn)量y與纖維素和半纖維素含量x1、x2的酶解模擬方程y=β1x1+β2x2，能很好地反映不同人工

6、生物質(zhì)中纖維素和半纖維素含量對(duì)產(chǎn)糖的貢獻(xiàn)程度。其中，兩種人工生物質(zhì)均表現(xiàn)出半纖維素對(duì)酶解還原糖產(chǎn)量的貢獻(xiàn)比纖維素的大，即β2＞β1;另外，鳳眼蓮纖維素對(duì)還原糖產(chǎn)量的貢獻(xiàn)相比甘蔗渣纖維素的更大，這可能是由于鳳眼蓮原料更低的結(jié)晶度所致。
　　(5)兩種未作預(yù)處理的植物生物質(zhì)原料的酶解產(chǎn)糖均顯著低于各自人工生物質(zhì)的酶解產(chǎn)糖，而兩種植物提取纖維素的實(shí)際酶解產(chǎn)糖和模型預(yù)測(cè)值較為接近，兩種經(jīng)過(guò)氧化+堿化預(yù)處理后生物質(zhì)的酶解產(chǎn)糖和人工生物質(zhì)的模