沙柳生物煉制過程中酶解關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、目前，我國有灌木林、林業(yè)剩余物等可作為生物質(zhì)能源利用的生物量大約3億噸，豐富的沙生灌木資源實(shí)際利用率僅為5％，因此林業(yè)生物質(zhì)能源是國家替代能源和生物質(zhì)能源發(fā)展戰(zhàn)略中最重要的組成部分。沙柳（Salix psammophila）是常見的沙生灌木，具有良好的防風(fēng)固沙、保持水土特性，每3～4年必須平茬一次，平茬以后可繼續(xù)茂盛生長、否則會自然衰敗枯死。目前平茬下來的枝條大部分未被充分利用，少部分用來造紙及生產(chǎn)人造板。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前僅內(nèi)蒙古鄂爾多斯市

2、的沙柳面積就達(dá)67萬公頃，枝條蓄積量達(dá)1000多萬噸，如果能實(shí)現(xiàn)林業(yè)資源的轉(zhuǎn)化增值，其效益將更加可觀。
　　 而預(yù)處理是制約木質(zhì)纖維素原料酶解糖化的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，由于原料中纖維素、半纖維素和木質(zhì)素三者結(jié)構(gòu)復(fù)雜致密，難于直接被酶水解，通過預(yù)處理可以破壞其致密復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，除去木質(zhì)素，增加原料的孔隙率和酶對纖維素的可及性，提高原料中半纖維素和纖維素的轉(zhuǎn)化率。目前比較常用的預(yù)處理方法有酸預(yù)處理、堿預(yù)處理和蒸汽爆破預(yù)處理。本文圍繞上述三種

3、預(yù)處理方法對木質(zhì)纖維素的高效酶解技術(shù)進(jìn)行了研究，主要結(jié)果如下:
　　 1、考察了諾維信、博蘭、尤特爾、隆大等公司生產(chǎn)的13個(gè)商品纖維素酶的基本性質(zhì)，對其濾紙酶活(FPU)、CMC酶活、β-葡萄糖苷酶活、木聚糖酶活、蛋白含量等性質(zhì)進(jìn)行了測定分析，通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，不同來源纖維素酶的性質(zhì)有顯著差異。
　　 利用混料試驗(yàn)設(shè)計(jì)法對纖維素酶的復(fù)配進(jìn)行了研究，得到了尤特爾纖維素酶和諾纖力纖維素酶的最佳復(fù)配比例為58∶42，即濾紙酶活

4、(FPU)∶CMC酶活(IU)∶β-葡萄糖苷酶(IU)∶木聚糖酶(IU)=1.52∶5.35∶29.55∶1.00，復(fù)配后纖維素酶的水解效率提高了28％。
　　 2、以沙柳原料酶解效率為考察指標(biāo)，分析了蒸爆預(yù)處理、超微粉碎+稀酸預(yù)處理、超微粉碎+稀堿預(yù)處理技術(shù)對纖維素酶解的影響，并對預(yù)處理過程進(jìn)行了優(yōu)化。
　　 超微粉碎+稀堿預(yù)處理的最佳條件為: NaOHO.79％、43.4min、95℃。
　　 超微粉碎+稀酸

5、預(yù)處理的最佳條件為:固液比1∶12、160℃、H2SO4O.5％、20min。
　　 蒸爆預(yù)處理的最佳條件為:壓力3.5Mpa、維壓時(shí)間300s，酶解條件:pH4.8、溫度53.5℃，酶加量29.8FPU/g底物。
　　 3、沙柳酶解液活性炭脫毒的最優(yōu)條件為:pH4.8，碳加量4％，溫度70℃，1h，該條件下的沙柳水解液脫色率達(dá)到97.4％、糖損失率3.1％。預(yù)處理沙柳原料的酶解液經(jīng)活性炭脫毒后都可以被丙酮丁醇梭菌正常利

6、用發(fā)酵產(chǎn)丁醇，發(fā)酵液總?cè)軇?ABE)濃度約為14g/L。而未經(jīng)過活性炭處理的纖維素酶解液，會抑制丙酮丁醇梭菌的生長甚至將其毒死。
　　 4、蒸爆預(yù)處理、超微粉碎+稀酸預(yù)處理、超微粉碎+稀堿預(yù)處理沙柳原料在相同的酶水解條件下水解，蒸汽爆破預(yù)處理沙柳原料水解效率最高，原料的水解率可以達(dá)到93.8％，超微粉碎+稀酸、超微粉碎+稀堿處理法水解效果較低。
　　 預(yù)處理沙柳原料的高濃底物補(bǔ)料酶解實(shí)驗(yàn)表明，蒸汽爆破預(yù)處理原料酶水解速度

7、最快，酶解最終底物濃度可以達(dá)到30％，酶解4天后酶解液中總糖濃度達(dá)到132g/L，葡萄糖濃度105g/L;超微粉碎+稀酸預(yù)處理原料底物濃度可以達(dá)到22％，酶解液中總糖濃度123g/L，葡萄糖濃度73g/L;超微粉碎+稀堿預(yù)處理原料底物濃度可以達(dá)到22％，酶解液中總糖濃度133g/L，葡萄糖濃度77g/L。
　　 蒸爆、超微粉碎+稀酸、超微粉碎+稀堿預(yù)處理沙柳原料高濃底物酶解液乙醇發(fā)酵結(jié)果表明，三種預(yù)處理方法所得沙柳水解液都可以較