超低酸预处理结合酶解提高玉米秸秆糖化效率.pdf

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1、第3O卷第6期农业工程学报Vo!．30No．62014年3月TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringMar．2014179超低酸预处理结合酶解提高玉米秸秆糖化效率曹焱鑫，邵丽杰，张欢，寇巍，王晓明，张大雷※(辽宁省能源研究所，营口115003)摘要：为提高纤维素酶解糖化的效率，该文采用超低浓度硫酸水解预处理废弃玉米秸秆。重点考察了不同酸浓度、反应温度、反应时问条件下超低浓度酸水解及后续酶解的总还原糖、葡萄糖及木糖的产率，详细叙述了总还原糖及各种单糖在酸水解及酶解过程中的转化规律，通过正交试验确定酸水解的最佳

2、工况为酸浓度0．1％，反应温度160℃，反应时问55min，搅拌180r／min，固液比1：10。酸水解后进行酶解(酶用量5％，pH值4．6，时间24h，温度50~C)得到还原糖、葡萄糖、木糖产率分别为56．22％、16．97％、18．83％。通过红外光谱和纤维素分析仪对酸水解和酶解后的残渣进行分析可知，纤维素、半纤维素的转化率分别为88．52％、95．18％，进一步计算还原糖、葡萄糖、木糖的转化率为88．11％、44．86％、72．49％。该方法较大程度避免了还原糖在酸水解过程中的降解，保证了半纤维素还原糖的转化效率，进一步提高了总还原糖的产率，为超低酸水解在燃料乙醇领域提供

3、了新的应用途径。关键词：纤维素；秸秆；水解；酶解；预处理doi：10．3969~．issn．1002—6819．2014．06．022中图分类号：TK6文献标识码：A文章编号：1002—6819(2014)一06—0179—06曹焱鑫，邵丽杰，张欢，等．超低酸预处理结合酶解提高玉米秸秆糖化效率[J]．农业工程学报，2014，30(6)：179—184．CaoYanxin，ShaoL~jie，ZhangHuan，eta1．Pretreatrnentbyextremelylowacidhydrolysiscombinedwithenzymolysisimprovingsacchar

4、ificationeficiencyofcornstalk[J]．TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE)，2014，30(6)：179—184．(inChinesewithEnglishabstract)结构的同时产生还原糖，通常可以代替酶解步骤，0引言但水解的温度通常在200℃以上，反应初期由半纤以木质纤维素为原料的第2代燃料乙醇可以替维素产生的还原糖会被大量降解，最终结果虽然还代传统的粮食乙醇技术，保证食品安全，是生物质原糖浓度和原料转化率较高，但还原糖转

5、化率却相燃料领域的重要研究方向，其工艺流程一般包括预对低下[16-20]。处理．酶解产糖．发酵产乙醇一乙醇分离⋯。针对上述问题，本文采用超低浓度硫酸水解结玉米秸秆等木质纤维素中可以酶解产糖的成合纤维素酶解的方法处理废弃玉米秸秆制备还原分包括纤维素和半纤维素，其中纤维素形成的致密糖溶液。第1步采用超低酸水解，在200℃以下将结晶结构阻碍了其与酶的充分接触，极大地降低了结构疏松的半纤维素转化为还原糖，同时充分破坏酶解效率L2J。如何采用高效的预处理技术破坏纤维纤维素的致密结晶结构，第2步采用酶解将破坏素的结晶结构，增加纤维素酶的可及性，提高酶解的纤维素转化为葡萄糖，该方法最大程度避

6、免了还产糖率是该领域主要的技术难点J。原糖在酸水解过程中的降解，保证了半纤维素还原超低酸水解是指酸催化剂质量分数小于0．1％，糖的转化效率，进一步提高了总还原糖的产率，为高温高压条件下水解木质纤维素原料的预处理方超低酸水解在燃料乙醇领域提供了新的应用途径。法⋯。该方法具有高效、绿色无毒、便于和后续1材料与方法酶解工序衔接等优势卜]。超低酸水解在破坏原料1．1试验材料收稿日期：2013—11-05修订日期：2014—02—25玉米秸秆：取自辽宁省大石桥市郊区。基金项目：国家“863”计划主题项目：生物质燃料乙醇制备及综合利浓硫酸(质量分数98％，天津科密欧试剂公司)；用关键技术研

7、究(SS2013AA050700)作者简介：曹焱鑫(1984一)，男，吉林长春人，主要研究方向为纤维纤维素酶(辽宁省生物质能工程技术研究中心实验素燃料乙醇。营口辽宁省能源研究所，115003。室自制)。Email．529773087@qq．com1．2试验设备※通信作者：张大雷(1963一)，男，辽宁营口人，研究员，博士，博高压反应釜(威海汇鑫化工机械公司)；万能士生导师，研究方向为生物质能应用技术。营口辽宁省能源研究所，115003。Email．daleizhang@163．tom粉碎机(