膨化预处理玉米秸秆提高还原糖酶解产率的效果

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1、第26卷第11期农业工程学报Vol.26No.112010年11月TransactionsoftheCSAENov.2010265膨化预处理玉米秸秆提高还原糖酶解产率的效果※寇巍，赵勇，闫昌国，李世密，张晓健，张大雷（辽宁省能源研究所，营口115003）摘要：为了提高玉米秸秆的可发酵还原糖转化率，采用膨化技术对玉米秸秆木质纤维素进行预处理。扫描电镜观察，玉米秸秆的纤维束受到破坏，木质素包裹作用减弱，纤维素酶的空间作用面积提高。红外光谱分析表明有部分半纤维素和少量木质素水解；X射线衍射测定纤维素结晶度降低了12.68%。通过进一步纤维素酶解试验，与未处理的相比膨化处

2、理后原料酶解时间可缩短16h，未经膨化处理原料还原糖的酶解产率为13.48%，膨化处理后原料还原糖的酶解产率可达24.91%。结果表明，膨化预处理技术可明显提高玉米秸秆木质纤维素的能源化利用效率。该试验为膨化玉米秸秆酶解工艺的进一步研究提供依据。关键词：秸秆，膨化，纤维素，木质纤维素，预处理，还原糖，酶解产率doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2010.11.046中图分类号：S216.2文献标志码：A文章编号：1002-6819(2010)-11-0265-05寇巍，赵勇，闫昌国，等.膨化预处理玉米秸秆提高还原糖酶解产率的效果[J].农业工

3、程学报，2010，26(11)：265－269.KouWei,ZhaoYong,YanChangguo,etal.Cornstrawexpansionpretreatmenttoimproveenzymolysisreducingsugaryield[J].TransactionsoftheCSAE,2010,26(11):265－269.(inChinesewithEnglishabstract)预处理技术对促进纤维素乙醇技术的发展具有一定的实0引言[4-5]际应用意义。农作物秸秆的主要成分为纤维素、半纤维素和木质膨化技术是结合了物理与生化的复合效应，依靠浸素，

4、三者占秸秆总量的80%，其中纤维素占30%～40%，湿秸秆与膨化机挤压腔中螺套壁及螺杆之间的相互挤半纤维素占25%～30%，木质素占10%～15%。自然条件压、摩擦作用，产生高温水蒸汽和压力，当秸秆被挤出下，天然植物秸秆中的纤维素、半纤维素和木质素都是喷嘴后，压力骤然下降，从而使秸秆体积膨大的工艺操性质稳定的高聚物，很难溶于水、稀酸、稀碱和一般有[6]作。膨化预处理目的是解除秸秆中木质素对纤维素和半机溶剂。三组分结构复杂，彼此关联，共同构成植物秸纤维素的包裹以及致密的纤维素结晶区结构，使原料的秆的结构主体。纤维素和半纤维素链内和链间主要是通物理结构发生变化，增加对

5、微生物和酶的可及性，提高过氢键连接，而木质素内部除了有强大的氢键连接外，底物的利用率，降低秸秆转化利用过程中的技术处理难还与半纤维素形成稳定的木质素-碳水化合物复合体。纤[7-8]点，从而根本上节约秸秆利用过程中的技术成本。本维素、半纤维素和木质素相互交织的结构决定了任何一文采用膨化技术处理玉米秸秆，对处理后的原料进行成类成分的降解必然受到其他成分的制约，如木质素对纤分与结构分析对比，并通过纤维素酶解试验，探讨膨化[1-2]维素和半纤维素酶解过程的空间位阻作用。由于农作技术对玉米秸秆转化利用的效果。物秸秆的化学结构和性质的不同，难以直接利用，只有[3]1材料与方法

6、通过破坏或者改变部分结构才能实现。因此，木质纤维原料的预处理技术成为解决秸秆高效利用中的重要手段。1.1试验材料常规的物理法能耗高、木质纤维素结构没有明显变玉米秸秆取自辽宁省营口市城郊，挑选干净样品去化而不利于后续水解过程；化学法效率高，但设备腐蚀根干燥后，分别经粉碎机与膨化机处理后备用。和环境污染严重；单纯的生物法还存在纤维素酶活性低，纤维素酶购自枣庄市凯特生物化工有限公司，酶活纤维素酶难以直接作用于纤维素酶解位点等问题而影响为20000U/g。实际应用。因此，研究能耗低、可以使木质素和纤维素、1.2试验设备半纤维素结构分离并使纤维素聚合度下降的物理法连续粉碎机

7、（黄华县齐家务科学仪器厂）、秸秆膨化机（辽宁省能源研究所，LNSNYS-P01）、紫外可见分光光度计（UV-1601，北京北分瑞丽分析仪器公司）、粗纤维测定收稿日期：2010-03-02修订日期：2010-05-13基金项目：国家“863”专题课题（2009AA10Z4483690）仪（FIWE6，VELP）、扫描电子显微镜（SSX-550，作者简介：寇巍（1981－），男，辽宁沈阳人，主要研究方向为沼气和纤Shimadzu）、X射线衍射仪（PW3040，Panalytical.B.V）、维素乙醇技术。营口辽宁省能源研究所，115003。Email:kouwei6

8、@126.