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利用丰富而廉价的木质纤维素资源代替粮食生产燃料乙醇,对我国经济和社会的可持续发展具有十分重大的意义。本文针对木质纤维原料的预处理、纤维素酶水解等关键技术进行了系统研究。
以玉米秸秆为原料,比较了稀硫酸、氢氧化钠、氨水、氢氧化钙等4种预处理方法对纤维素酶水解的影响,结果表明:氢氧化钠预处理方法最佳;经过78小时的水解,未处理的玉米秸秆的总还原糖产率仅为70 mg/g底物,而氢氧化钠预处理后的玉米秸秆的总还原糖产率高达820 mg/g底物,提高了10.7倍。
以氢氧化钠处理过的玉米秸秆为原料进行酶水解,利用正交试验方法,研究了底物浓度、溶液pH值、纤维素酶用量和水解温度等因素对玉米秸秆酶水解效率的影响,结果表明:影响最为显著的是纤维素酶用量,随着纤维素酶用量的增加,玉米秸秆酶水解得到的总还原糖产率显著提高。
以碱处理玉米秸秆为原料,首先比较了不同阴离子、阳离子和非离子型表面活性剂对纤维素酶水解效率的影响,然后重点考察了吐温系列对纤维素酶水解效率的影响,结果表明:当吐温-80添加量为0.15 g/g底物时,酶水解得到的总还原糖产率提高了38%。在水解得到的总还原糖产率相同的情况下,加入吐温-80可以将酶的用量减少一半,从而有望大大降低燃料酒精的生产成本。
另外,在加入吐温的同时加入活性炭可以将总还原糖产率进一步提高,最大可以提高12.5%,使总还原糖产率最大可达1030 mg/g底物,酶解得率可达62%。
在以玉米秸秆为原料生产燃料乙醇过程中,采用氢氧化钠预处理方法,在纤维素酶解过程中加入活性炭和吐温,可以充分利用纤维素酶,得到较多的总还原糖。该研究结果不仅有一定的学术价值,而且在降低燃料乙醇生产成本、提高燃料酒精得率方面具有重要意义。