PDF《液氨和过氧化氢预处理对稻草酶解效果的影响机制》

第35 卷第10 期农业工程学报Vol.

35 No.10

2019 年5月Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering May

2019 221 液氨和过氧化氢预处理对稻草酶解效果的影响机制 赵相君,李琮,彭何欢,赵超,马中青 (浙江农林大学工程学院,浙江省竹资源与高效利用协同创新中心,杭州 311300) 摘要:稻草是一种重要的木质纤维素资源,可以作为纤维素乙醇转化的原料.该试验通过高温过氧化氢(高温 HP) 、 低温过氧化氢(低温 HP)和液氨预处理(liquid ammonia treatment,LAT)3 种预处理方式来克服生物质原料的酶解顽抗 性,促进稻草酶解转化为可发酵单糖.对预处理后的稻草进行酶解试验,利用高效液相色谱法(high performance liquid chromatography,HPLC)定量测定了酶解液中的单糖含量,通过酶解转化率和单糖产量对预处理效果进行了分析比较. 试验结果表明高温 HP、低温 HP 和LAT

3 种预处理方式均有效提升酶解率,其中 LAT 预处理的酶解促进作用效果最佳, 高温 HP 预处理次之.稻草在

120 ℃、预处理时间为

60 min、30% H2O2 水溶液与原料质量比为 0.75∶1 的高温 HP 预处 理下,在纤维素酶添加量为

15 U/g 时葡聚糖和木聚糖的酶解率分别为 61.55%和47.82%,每千克干基稻草原料经

144 h 酶解可生产单糖 334.5 g.稻草在

90 ℃、含水率 60%、驻留时间为

5 min、液氨与原料比例为 1∶1 的LAT 预处理下,在 纤维素酶添加量为

15 U/g 时,葡聚糖和木聚糖的

72 h 酶解率分别为 88.62%和79.29%,每千克干基稻草原料经

144 h 酶 解可生产单糖 554.1 g,是未处理原料的 2.9 倍,总糖回收率达到 90%.综上所述,LAT 预处理稻草的酶解率显著高于其 他单一预处理方法,该研究结果可为稻草制取燃料乙醇提供基础数据. 关键词:酶;

乙醇;

秸秆;

液氨预处理;

酶解;

过氧化氢;

纤维素乙醇 doi:10.11975/j.issn.1002-6819.2019.10.028 中图分类号:S216 文献标志码:A 文章编号:1002-6819(2019)-10-0221-06 赵相君, 李琮, 彭何欢, 赵超, 马中青. 液氨和过氧化氢预处理对稻草酶解效果的影响机制[J]. 农业工程学报, 2019, 35(10):221-226. doi:10.11975/j.issn.1002-6819.2019.10.028 http://www.tcsae.org Zhao Xiangjun, Li Cong, Peng Hehuan, Zhao Chao, Ma Zhongqing. Effect of liquid ammonia and hydrogen peroxide pretreatment on rice enzymatic hydrolysis[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(10):

221 - 226. (in Chinese with English abstract) doi : 10.11975/j.issn.1002-6819.2019.10.028 http://www.tcsae.org

0 引言? 生物质能源材料能够促进国家能源安全,降低温室 效应,植物生物质材料因为蕴含着大量的有机碳,因此 成为生物质能源的重要组成部分.纤维素乙醇是其代表 性产品,它以木质纤维素为原料,通过生物化学平台进 行转化. 虽然纤维素乙醇转化技术的研究已超过

30 a, 但 产业化仍存在着困难,主要原因是木质纤维素原料存在 很强的水解顽抗性(biomass recalcitrance)[1] .产生水解 顽抗性的原因主要是纤维素被木质素包裹[2] 、 纤维素存在 大范围的结晶区、半纤维素缠绕并覆盖微纤表面、纤维 素与木质素间存在强结合键的 LCCs (lignin- carbohydrate complexes)混合体等,使得水解酶无法有效地接触到纤 维素,导致水解效率低下.目前主要采用预处理的方式 来克服水解顽抗性,预处理被学者称为打开低成本纤维 素乙醇的钥匙[3-4] .理想的预处理方法应该是尽可能地移 收稿日期:2019-01-14 修订日期:2019-03-22 基金项目:国家自然科学基金(31500491) ;