纤维乙醇工艺中酸处理稻秸秆反应条件的优化.pdf

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1、第27卷201I笠第2期2月农业工程学报TransactionsoftheCSAE、，01．27No．2Feb．20ll293纤维乙醇工艺中酸处理稻秸秆反应条件的优化湛含辉1，黄丽霖2(1．中国矿业大学环境与测绘学院，徐州221116；2．湖南工业大学土木工程学院，株洲412008)摘要：以木糖含量为指标，在稀酸处理条件中时间、浓度和液固比影响试验结果的基础上，采用二次回归正交设计优化稀酸处理的条件，建立稀酸处理3因素与木糖含量之间的回归方程关系式，通过验证得到方差分析具有显著性。同时得到各因素的主次因素顺序：时间(工1)>液固比(恐)>浓度(勋)。并通过回归方程求解得

2、到的稀酸处理秸秆条的最佳工艺参数为：反应时间2h，稀酸体积分数4．1％、液固比22：l，此条件下可以求得较为稳定的木糖质量浓度为0．332g／L。研究中通过采用二次同归正交设计方法，较大程度地减少了试验次数和优化工艺条件，从而为试验研究提供了一定的依据。此外，该试验研究结果表明3因素交互项对试验结果影响不显著，但反应时间和稀酸浓度2因素的水平选择上有待调整。关键词：秸秆，木糖，酸，回归正交，规划求解doi：10．39698．issn．1002—6819．2011．2．050中图分类号：TQ353．4文献标志码：A文章编号：1002—6819(2011)一02—0293—

3、05湛舍辉，黄丽霖．纤维乙醇工艺中酸处理秸秆反应条件的优化[J】．农业工程学报，2011，27(2)：293--297．ZhanHanhui，HuangLilin．Optimizationonacidpretreatmentconditionsforricestrawinprocessoflignoccllulosicethanol[J]．TransactionsoftheCSAE，2011，27(2)：293--297．(inChinesewithEnglishabstract)0引言木质纤维原料作为一种可再生资源在生物乙醇中的开发与应用已成为目前研究的主要热点，然而

4、在纤维乙醇技术的广泛应用中仍存在预处理方法效率低和成本较高、酶水解效率低和酶提纯的成本高、木糖的利用率低和酵母菌的选育以及酵母细胞耐乙醇性等问题。木质纤维原料中纤维素被木质素和半纤维素包裹着，纤维素和半纤维素问以氢键结合，由于纤维原料表面结构的特殊性，使木质素对纤维素和半纤维素形成结实的保护层，因此首先要对其进行预处理，削弱木质素的束缚作用，增强酶水解纤维素和半纤维素的表面积【M】。原料预处理方法主要有物理处理、化学处理、物理化学处理和生物处理[4-引。在利用稻草等秸秆作为原料时，一般都需要经过机械处理，即通过打磨机和再碎机将晾干的秸秆切断或细化。研究表明，机械粉碎后的

5、秸秆粒度减小，反应面积增大，同时使得原料表面结构松散，且纤维素、半纤维素和木质素的大分子发生化学键断裂【9_10】。稀酸处理秸秆是纤维乙醇工业中较为成熟的处理方法。稀酸处理后的秸秆表面结构遭到破坏，内孔隙度增大，使得秸秆的有效比表面积增大，进而有利于酶与秸秆接触，加快酶解糖化速率。因此如何能在多因素作用下的酸处理木质纤维水解为单糖(主要是木糖)的过程中，提高酸水解过程中木糖的含量，并保证木糖含量的有效提取，进而实现木质纤维中高产木糖来发酵生产乙收稿日期：20104)6-21修订日期：2010．11．15基金项目：国家自然科学基金资助项目(20876037)作者简介：湛含

6、辉(1961一)，男，湖南泪罗人。教授，博士后，主要从事环境与生物工程的研究．徐州中国矿业大学环测学院，221116．Emaihzhanh岫263．嘣醇。近年来在酸处理秸秆过程中，人们从不同反应时间、稀酸浓度、温度和固液比等条件对反应中还原糖含量有一定的影响已做了一定的研究[II-12】。然而由于诸多因素的影响酸处理过程，虽然已有的研究中不同试验条件下得到的可发酵性糖的水解量给酸处理水解单糖的研究方面提供一定的理论依据，但是由于试验过程中各因素的不同影响，使得科学研究的工作量逐步增加。通过采用二次回归正交试验设计的方法，可以较大程度的减少试验次数和确定适宜的工艺条件，从

7、而为试验研究提供一定的依据。1材料与方法1．1材料与仪器稻草秸秆取自湖南株洲某农户，通过自然风干后，经过剪碎至I-．一2cm，85℃烘干至恒质量，备用。试验仪器：分析天平、数显温控水浴锅、干燥箱、721型分光光度计、雷磁pH计。试验药品：浓硫酸(H2S04)、氢氧化钠(NaoH)、苯酚(C6I-150H)、酒石酸钾钠(C406I-12KNa)、无水亚硫酸钠(Na2S03)和3，5．二硝基水杨酸均为分析纯，木糖和葡萄糖仅为生化试剂。DNS试剂配制：称取3，5．二硝基水杨酸(C7H4N207)109，置于约600mL水中，逐步加入NaOHlo