基于玉米秸稈乙醇化的氨化預(yù)處理與酶解工藝研究.pdf

1、我國是一個能源消耗大國，能源的短缺將會嚴(yán)重危害我國的經(jīng)濟發(fā)展和國家安全。因此開發(fā)新型能源以代替逐漸枯竭的傳統(tǒng)能源將是我國今后能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。生物燃料具有可再生，無污染的特點，因此備受各國的重視。木質(zhì)纖維素是地球上最豐富、最廉價的可再生資源，被認(rèn)為是最重要的生物燃料酒精生產(chǎn)的后續(xù)資源物質(zhì)。相對于以玉米和大豆等糧食為原料的第一代生物燃料來說，以秸稈等植物纖維為原料的纖維素乙醇被稱為第二代生物燃料，其最大優(yōu)勢在于避免了“與人爭糧、與糧爭地

2、”的風(fēng)險。因此，利用生物技術(shù)將木質(zhì)纖維素轉(zhuǎn)化成乙醇，具有重要的社會及經(jīng)濟意義。其中主要技術(shù)途徑之一是利用生物技術(shù)將植物纖維原料轉(zhuǎn)化成單糖，主要分為二步：1、原料預(yù)處理；2、纖維素的酶水解。目前預(yù)處理技術(shù)不盡人意，存在糖得率低、技術(shù)工藝復(fù)雜等問題，而纖維素的酶水解又存在水解速度慢、酶用量大等缺點。這兩方面同時制約了纖維原料生物轉(zhuǎn)化的發(fā)展。本論文以農(nóng)業(yè)廢棄物玉米秸稈為原料，對纖維原料的預(yù)處理方式及最優(yōu)處理條件的篩選、酶解糖化條件的優(yōu)化、超聲

3、波和金屬離子對酶解的影響進行了研究，主要結(jié)果如下：
　　 采用氨水浸泡預(yù)處理、加壓氨解預(yù)處理、超聲波輔助氨水預(yù)處理三種方式處理玉米秸稈。氨水浸泡預(yù)處理的最優(yōu)方案為：氨水濃度15％，時間39h，溫度40℃，基質(zhì)濃度162.5g/L，粒徑0.5mm。在此條件下的預(yù)處理還原糖得率為3.23％，木質(zhì)素去除率為61.20％。對應(yīng)的酶解還原糖得率為45.28％，比未處理的12.51％，提高了32.77％。加壓氨解預(yù)處理的最優(yōu)方案為：氨水濃度

4、15％，時間6min，壓力0.075MPa，基質(zhì)濃度150g/L，粒徑1mm。在此條件下的預(yù)處理還原糖得率為1.74％，木質(zhì)素去除率為43.30％。對應(yīng)的酶解還原糖得率為21.36％，提高了8.85％。超聲波輔助氨水預(yù)處理的最優(yōu)方案為：氨水濃度12.5％，時間24min，功率240W，基質(zhì)濃度187.5g/L，溫度70℃，粒徑0.5mm。在此條件下的預(yù)處理還原糖得率為1.51％，木質(zhì)素去除率為32.20％。對應(yīng)的酶解還原糖得率為40.3

5、3％，提高了27.82％。將最優(yōu)處理結(jié)果進行比較并綜合經(jīng)濟效益因素后認(rèn)為，超聲波輔助氨水預(yù)處理所需時間短、能耗低、效果較好，是比較理想的預(yù)處理方式。
　　 采用經(jīng)超聲波輔助氨水預(yù)處理后的玉米秸稈為原料，在環(huán)境溫度為50℃條件下進行酶解?；|(zhì)濃度因素對還原糖得率影響極顯著(p＜0.01)，酶解時間對還原糖得率影響顯著(p＜0.05)。酶解最優(yōu)方案為：pH值5，基質(zhì)濃度60g/L，酶用量47mg/g(干秸稈)，酶解時間30h。在此條

6、件下的酶解還原糖得率為49.00％，比未預(yù)處理玉米秸稈的酶解還原糖得率提高了36.49％。
　　 一定程度的超聲波輻射對酶解有促進作用。當(dāng)酶解基質(zhì)濃度為60g/L、酶用量為47mg/g(干秸稈)時，最適超聲波功率為39W，超聲波時間為9min。此時酶解還原糖得率為56.55％，比沒有超聲波參與酶解時提高了7.55％。
　　 K+、Na+，Ca2+、Mg2+、Zn2+對纖維素酶起激活作用，有助于預(yù)處理產(chǎn)物的酶解，提高酶解還