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辐照预处理提高小麦秸秆酶解产糖的研究

沈志强  
【摘要】: 可再生能源是一个应对能源短缺和环境恶化的有效途径之一。而生物质能源作为储量最为丰富的可再生能源之一,近年来受到了越来越多的关注。利用木质纤维素生成生物乙醇或其它生物制品的瓶颈是如何有效的破坏原料的结构以增加其反应性能。很多方法被广泛的应用于木质纤维素原料的预处理,如物理、化学、物理-化学、生物方法等。本文研究了γ射线辐射预处理麦秸的辐照效应及辐照后效应。实验结果表明,辐照预处理能明显破坏麦秸的结构。随辐照剂量增加,麦秸质量损失增大,粒度分布向细颗粒方向迁移。辐照与粉碎结合预处理有明显的协同效应,较适宜的预处理条件为500 kGy、粒度为140目,葡萄糖得率为10.2%。辐照后效应对麦秸酶解产糖有明显的影响,以50、100、200、300和400 kGy辐照的麦秸酶解,其辐照后效应与初始效应的比值分别为12.9%、14.9%、8.9%、9.1%(产还原糖)和20.1%(产葡萄糖)。 通过考察辐照剂量、辐照与NaOH组合顺序、NaOH浓度、NaOH浸泡时间等因素,研究了用100 kGy剂量辐照与NaOH温和浸泡协同预处理工艺。通过对还原糖得率、组分改变、表面形态、结晶度等的分析,对该协同工艺的作用机理进行了探讨。实验结果表明,辐照与NaOH协同预处理,可以大大提高还原糖得率,协同效应明显。较适宜的组合预处理工艺为100 kGy辐照加2%NaOH浸泡1 h后,其酶解还原糖得率达到理论产率的78.2%。单纯用100 kGy剂量辐照对麦秸的组分、表面形态及结晶度的改变不明显,但可以大大降低后续碱浸泡所需的用量和时间。 对100 kGy辐照加2%NaOH浸泡1 h的小麦秸秆的酶解条件进行了优化,其最佳酶解参数为:酶的用量为50 mg/g底物,底物量为1 g/50 ml缓冲液,温度为50℃,pH为4.8,酶解时间为48 h。在此条件下,小麦秸秆的酶解还原糖得率为80.15%。


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