秸秆高乙醇产率的水稻和微生物的种质资源与发酵条件..研究

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1、福建农林人学硕士学位论文氢键外，还存在着化学键的结合。纤维素是天然链状高分子化合物，由D．毗喃葡萄糖基以p．1，4糖苷键连接而成，大约由8000～12000个葡萄糖单元组成。纤维素的物理结构是复杂的微纤维、结晶区和无定形区等纤维素聚合物，由许多纤维素分子共同组成的结晶结构构成，这些结晶结构的形成与纤维素分子内外的氢键密切有关。由X．射线衍射结果可看出，纤维素大分子的聚集体中，结晶区部分分子排列较整齐、有规则，呈现清晰的X．射线衍射图；无定形区部分分子链排列较不整齐、松弛，但其取向与纤维主轴大致平行。纤维素聚合物具有高度的水不溶

2、性和刚性，因为它具有致密的结晶结构。因而破坏纤维素的结晶结构是高效利用纤维素的关键，这样才使得纤维素变得松弛，更容易被水解。半纤维素是一大类结构不同多聚糖的总称，是高分支非均一聚糖，主要由木糖、葡萄糖、甘露糖、半乳糖和阿拉伯糖等连接而成。各种糖的组成随原料不同而不同，即使对同一种原料，产地不同，部位不同，它们的组成也不同，一般木糖占一半以上。半纤维素由于聚合度低，结晶结构无或较少，因此，在酸性介质中比纤维素易降解。木质素是高分枝多分散性高聚物，由基本结构单元苯基丙烷通过醚键和碳．碳键连接而成。木质素具有水不溶性，但适宜浓度的酸

3、或碱可使其部分溶解。木质素不能水解成单糖，且具有阻碍纤维素酶和半纤维素酶与纤维原料中的纤维素和半纤维素接触的作用，因而可大大降低他们的反应速率。不同的纤维素原料，其所含的纤维素、半纤维素和木质素也有一定的差异，表1．1总结了几种农林废弃物的成份组成。表I．1几种常见纤维素原料的主要成份含量Table1．1Thecontentsofmaincompositionsincommoncellulosicmaterials8福建农林大学硕士学位论文1．4．3纤维原料的预处理常用的两种纤维原料水解糖化工艺足酸水解和酶水解，酶水解工艺得到

4、了更为普遍的认可和推崇，因其反应条件温和、水解副产物少、糖化得率高及对环境危害小，因此目前被大多数研究者所广泛采用126]。但由于纤维原料具结构复杂及高度结晶特性，需要经过适当预处理，以降低纤维素的结晶度，增加纤维素原料的多孔性，解除木质素的保护作用，增加酶与底物接触的面积，从而提高酶解效率。运用的预处理方法应满足以下四个要求：①利于酶水解过程的糖化；②避免碳水化合物的降解或损失；③减少或不生成对后续水解或发酵有害的副产物；④经济可行。所有预处理方法可归纳为物理法、物理化学法、化学法和生物法。1．4．3．1物理法【27—321

5、常用干法、湿法、振动球磨碾磨以及压缩碾磨粉碎等将天然纤维素原料粉碎，促进酶解。物料经过粉碎后，纤维的物理性能发生了明显的变化，物料的尺寸明显变小，结晶度降低，平均聚合度变小，物料的水溶性组分增加。Millet等研究发现振荡球磨能有效破坏云杉和白杨木屑中的纤维素结晶结构，效率远高于一般球磨。此外，还包括高温处理、微波、超声波预处理和辐射、冷冻处理等。1．4．3．2物理化学法【33’371近些年来发展起来的另一种预处理方法是蒸汽爆破。将纤维原料用蒸汽加热至180℃"-'235℃，在维持适当时间(约30Sec--一20min)后，突

6、然减压，这样蒸汽可以从反应釜中迅速喷出，从而爆破。此法可使纤维结构发生机械断裂，同时高温高压也会破坏纤维素内部氢键和有序结构，暴露出一些新的羟基，从而加强纤维素的吸附能力，也加速半纤维素水解和木质素转化。此法可对纤维原料酶解糖化起到有效促进作用，但也有一些不足之处，主要有能耗较大、对实验仪器设备的要求较高、并且在高温条件下一部分木糖会降解成糠醛等对人身体有害的物质。除上述方法外，氨纤维爆破(ammoniafiberexplosion，AFEX)法的原理类似于蒸汽爆破预处理，即先将纤维原料在高温和高压下用液氨处理，然后突然减压将

7、原料爆破。此方法主要是，由于液氨迅速汽化而产生的骤冷作用，不仅可使纤维素的表面积增加，同时还可避免原料在高温条件下糖的降解和有害物质的产生。在典型的AFEXT艺中，处理温度90"一95"C，维持时间在20"一30min，每千克原料需要约l--一2kg液氨。C02爆破法原理与上述两种爆破法相似，在处理过程中部分C02以碳酸形式存在，此增加纤维原料的水解率。经试验验证C02爆破预处理的效果远比蒸汽爆破和氨纤维爆破法差，此方法缺乏经济竞争力。福建农林大学硕士学位论文1．4．3．3化学法【38～40】化学预处理已广泛应用于化学试剂溶解

8、木质素和半纤维素，降低纤维素的结晶度或溶解纤维素。研究较多的是用稀酸和碱进行预处理。稀酸预处理通常采用0．3"---3％的H2S04在110----220"(2下处理一定时间。稀酸预处理可大大促进纤维素的酶解效率，主要是因为稀酸可将半纤维素水解为单糖，从而使纤维残渣形成多孔或