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1、第38卷第5期河南师范大学学报(自然科学版)Vol.38No.52010年9月JournalofHenanNormalUniversity(NaturalScience)Sept.2010文章编号:1000-2367(2010)05-0174-04玉米秸秆预处理优化实验条件研究1,2111王歌,王丽,王一帆,王林嵩(1.河南师范大学生命科学学院,河南新乡453007;2.新乡医学院基础医学院,河南新乡453000)摘要:目的:探索一种高效预处理玉米秸秆的方法.方法:低浓度的湿热酸或碱在高压蒸汽(
2、121e,0.1Pa)条件下,对玉米秸秆进行预处理.结果:从还原糖产量方面考虑,以1%硫酸按固液比1B5处理玉米秸秆40min为最宜.从木质素降解方面考虑,相同条件下氢氧化钠预处理,还原糖产量极低,但木质素含量降低明显,有利于进一步酶解作用.关键词:玉米秸秆;预处理;还原性糖中图分类号:Q815文献标志码:A现如今能源短缺已成为困扰人类发展的重大问题,以生物质为原料生产燃料乙醇有着越来越广阔的市[1]场前景.因此近年来利用废弃的木质纤维原料生产乙醇已在各个国家引起越来越广泛的关注.但在以纤维素为
3、原料生产燃料乙醇的过程中,最大的问题是原料的预处理.预处理的主要作用是改变天然纤维的结构,降低纤维素的结晶,脱去木质素,增加酶与纤维素的接触面积,从而提高酶解的效率.目前预处理的方法主要[2-4][5]有物理、化学、生物和氨冷冻爆破法,但预处理效果不理想,且对生产设备的腐蚀、磨损和耗能较严重,因此开发高效、低成本的预处理方法成为了亟待解决的技术问题.本研究以玉米秸秆为原材料,采用物理与化学相结合的预处理方法,在高压蒸汽(121e,0.1Pa)条件下,以低浓度的酸或碱处理玉米秸秆,探讨了预处理的最
4、佳优化条件,为进一步酶解糖化生产燃料酒精奠定了良好的基础.1材料与方法1.1实验原材料玉米秸秆(cornstalk),采集于河南新乡,以9101型粉碎机粉碎.1.2玉米秸秆的预处理称取5.0g玉米秸杆,按不同的固液比1B5或1B10加入相应浓度的硫酸(0%、0.5%、1%、1.5%、3%(m/v))或氢氧化钠(0%、0.5%、1%、1.5%、3%(v/v)),搅拌均匀,高压蒸汽下(121e,0.1Pa)处理不同的时间(20、40、80min),反应结束时以自然降压和急速降压两种降压方式使反应体系
5、降至室温,获得处理样品,测定样品中还原糖含量、玉米秸秆中粗纤维降解率以及秸秆中的木质素含量.1.3指标测定[6]采用3,5-二硝基水杨酸比色法测定还原糖含量;参照5植物生物化学分析方法6测定木质素的含[7]量;采用如下方法测定粗纤维利用率:用滤布过滤,清洗发酵后的发酵物,直到滤出液为无色为止,将其充分洗净,在105e下将清洗物烘干至恒重,准确称量,按下式计算出粗纤维利用率:处理前反应体系中的固体总干重一处理后反应体系中的残渣重粗纤维和率(%)=@100%.处理前反应体系中的固体总干重2结果收稿日
6、期:2010-03-10基金项目:河南省新乡市科技攻关项目(05S044)作者简介:王林嵩(1957-),女,河南新乡人,河南师范大学教授,主要从事生物化学与分子生物学方面研究.第5期王歌等:玉米秸秆预处理优化实验条件研究1752.1高压蒸汽下硫酸对玉米秸秆处理的最佳优化条件图1~3所示,高压蒸汽下,以相同硫酸浓度处理秸秆,还原糖产量随处理时间的延长而增加;相同处理时间下,秸秆还原糖产量随硫酸浓度的增加而增加.处理结束后,比较以急速降压和自然降压两种方式,自然降压的效果要优于急速降压的效果.从成
7、本和还原糖产量两方面综合考虑,选择121e,0.1MPa,1%硫酸,固液比1B5,处理40min的处理条件较为适宜.2.2高压蒸汽下氢氧化钠对玉米秸秆处理的最佳优化条件图4所示,高压蒸汽下氢氧化钠处理秸秆时,产糖量在浓度为1%,时间80min时最高.这可能是因为高浓度的碱会破坏糖的结构从而减低还原糖的产量.图5比较同等条件不同浓度的硫酸或氢氧化钠对秸秆的处理效果,氢氧化钠的产糖量均远低于硫酸,氢氧化钠处理下最高产糖量为12.7mg/5g秸秆(1.5%氢氧化钠,80min时),甚至远低于硫酸处理下
8、的最低产糖量370mg/5g秸秆(0.5%硫酸,20min时).2.3预处理对玉米秸秆中粗纤维降解率的影响图6显示,高压蒸汽下,不同浓度的硫酸或氢氧化钠按固液比1B5处理秸秆40min后秸秆中粗纤维降解率的变化.二者粗纤维降解率均浓度的增加而增高.硫酸处理后秸秆的粗纤维降解率的增高变化与其秸秆176河南师范大学学报(自然科学版)2010年产糖量的变化一致.但对氢氧化钠处理而言,其产糖量在浓度为1%最高,但其粗纤维利用率却在浓度为3%最高,此时生成的还原性糖量仅为7.7mg/5g秸秆,但粗纤维降解
