可抽提物對玉米秸稈水熱預(yù)處理效果的影響研究.pdf

1、以資源量大、廉價(jià)、可再生的木質(zhì)纖維素資源為原料酶解后生產(chǎn)乙醇被認(rèn)為是解決能源危機(jī)和環(huán)境污染的有效途徑之一。但是由于木質(zhì)纖維素材料的主要成分纖維素、半纖維素和木質(zhì)素在結(jié)構(gòu)上相互纏繞，纖維素直接被酶解的效率很低。必須通過預(yù)處理去除半纖維素與木質(zhì)素對纖維素酶的阻礙，增大纖維素酶與纖維素的接觸面積才能獲得較高的酶解率。水熱預(yù)處理（Hydrothermal pretreatment）具有環(huán)境友好、無需抗腐蝕設(shè)備等優(yōu)點(diǎn)。但是從產(chǎn)業(yè)化利用的需要考慮，

2、目前的水熱預(yù)處理能耗需要進(jìn)一步降低，預(yù)處理后纖維素酶解率及發(fā)酵后乙醇濃度還需要進(jìn)一步提高?？沙樘嵛铮‥xtractives）是草本植物來源木質(zhì)纖維素材料的主要成分（含量10％~25%）。本論文以我國重要農(nóng)業(yè)廢棄物玉米秸稈為研究對象，以降低水熱預(yù)處理活化能，提高玉米秸稈中纖維素酶解率及發(fā)酵后乙醇濃度為目標(biāo)，研究玉米秸稈中可抽提物對水熱預(yù)處理效果的影響，建立改良的水熱預(yù)處理工藝，并考察玉米秸稈酶解率及發(fā)酵產(chǎn)乙醇情況，驗(yàn)證改良工藝的效果。

3、r>　　首先，本文以玉米秸稈為處理對象，優(yōu)化水熱預(yù)處理參數(shù)，分析預(yù)處理后玉米秸稈的結(jié)構(gòu)變化，對比完全去除可抽提物后玉米秸稈水熱預(yù)處理后的酶解率。在所選水熱預(yù)處理?xiàng)l件下（處理溫度：180~220℃，處理時(shí)間：10~25min），210℃下20min處理后獲得最高纖維素酶解率76.2%。結(jié)構(gòu)分析表明，水熱預(yù)處理過程中位于半纖維素支鏈上的阿拉伯糖、甘露糖和半乳糖組成的聚糖與主鏈之間的連接鍵較容易斷裂，部分酸可溶木質(zhì)素能夠在水熱預(yù)處理過程中被移

4、除。發(fā)揮催化作用的H+難以明顯破壞纖維素結(jié)晶區(qū)。水熱預(yù)處理過程中伴隨著假木質(zhì)素的生成。可抽提物能夠抑制水熱預(yù)處理后玉米秸稈的纖維素酶解。
　　其次，研究可抽提物對水熱預(yù)處理后固體結(jié)構(gòu)及酶解影響。通過對比玉米秸稈和無可抽提物玉米秸稈水熱預(yù)處理后的表面形態(tài)以及測定可抽提物成分發(fā)現(xiàn)：可抽提物中的葡萄糖和結(jié)構(gòu)與木質(zhì)素分解產(chǎn)物相同或相似的酚類等化合物能夠分別在水熱預(yù)處理過程中形成假木質(zhì)素。分子量測定以及13C固體核磁共振和紅外光譜分析表明，

5、可抽提物來源的假木質(zhì)素是具有芳香環(huán)、含有C=C的烴鏈、羧基以及酚羥基等結(jié)構(gòu)的聚合物。其形成途徑是葡萄糖的脫水，縮合或（和）聚合以及酚類等結(jié)構(gòu)與木質(zhì)素分解產(chǎn)物相同或相似的化合物的聚合?？沙樘嵛飦碓吹募倌举|(zhì)素能夠抑制纖維素的酶解，機(jī)制是空間阻礙作用和抑制纖維素酶活性。但纖維素酶能夠在酶解過程中移除部分假木質(zhì)素，使空間阻礙作用隨酶解時(shí)間延長而逐漸減小。移除假木質(zhì)素和重聚木質(zhì)素后，210℃下20min水熱預(yù)處理玉米秸稈的纖維素酶解率提高到92.

6、4%。
　　最后，研究可抽提物對水熱預(yù)處理過程及酶解發(fā)酵的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：可抽提物具有緩沖能力，水熱預(yù)處理過程中能夠抑制H+催化半纖維素的水解?；谏鲜隹沙樘嵛飳λ疅犷A(yù)處理影響的機(jī)理，建立去除可抽提物中緩沖物質(zhì)以及可以形成假木質(zhì)素的物質(zhì)后再進(jìn)行水熱預(yù)處理的工藝：自來水為溶劑、液固比20：1、常壓室溫（20~30℃）、120r/min提取60min。移除這些物質(zhì)后水熱反應(yīng)中半纖維素水解所需活化能從59.6kJ/mol下降到41.5k