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秸秆发酵工业酒精的技术已基本成熟。但是在生产过程中,纤维素酶用量大,生产成本高,因此提高秸秆纤维素的酶解效率是该技术进行产业化的关键。本论文将超声波技术应用在秸秆预处理、纤维素酶预处理和秸秆的酶解过程中,以期提高维素酶的可及率、纤维素酶活力和秸秆的水解效率,取得主要结果如下:
适当的超声波处理可以提高纤维素酶的活力。超声波对纤维素酶预处理后,其活力的影响结果为:当超声功率为10W和20W时,酶活力随着超声时间的延长逐渐增大,在25min时,酶活力分别提高6.23%和10.15%;功率为40W时,超声时间在10min以内可以促进纤维素酶的活力,提高了7.19%;随着超声时间的延长,酶活力相对下降了4.56%。在本试验的条件下,超声频率(18,20,24,26,29KHz)对纤维素酶活力没有显著的影响。
超声波辅助温和碱/氧化法对秸秆预处理可显著提高木质素的去除率。超声波辅助温和碱/氧化法处理秸秆的最佳处理条件为:NaOH浓度为1.54%,H2O2浓度为0.6%,超声功率为1160W,超声时间为50min,初始水浴温度为78.69℃,在此条件下,预处理后木质素的相对含量达到8.22%。而无超声波辅助时,温和碱/氧化法在NaOH浓度为1%,H202浓度为0.6%,液固比为33mL/g的最佳条件下,木质素的相对含量达到8.43%时,处理时间为超声波辅助条件下的24倍,达到20h。通过对超声波温和碱/氧化法预处理后样品的扫描电子显微镜(SEM)分析和傅立叶变换红外光谱(FTIR)分析,发现秸秆的结构遭到破坏,增加了纤维素酶与纤维素的有效接触面积。
超声波可显著提高纤维素的酶解效率。当以滤纸片为底物时,在底物浓度为0.05mg/mL、超声功率为30W、超声时间30min和酶解时间1h的条件下,还原糖得率为3.52g/L,比未加超声波时的还原糖得率1.65g/L增长了1.64倍;当以预处理过的秸秆为底物时,在超声功率30W、超声时间30min、水浴50℃条件下,能显著提高纤维素酶解率,其48h转化率达到29.47%,比未加超声波辅助提高了54.3%。
适当的超声波处理可以提高纤维素酶的活力。超声波对纤维素酶预处理后,其活力的影响结果为:当超声功率为10W和20W时,酶活力随着超声时间的延长逐渐增大,在25min时,酶活力分别提高6.23%和10.15%;功率为40W时,超声时间在10min以内可以促进纤维素酶的活力,提高了7.19%;随着超声时间的延长,酶活力相对下降了4.56%。在本试验的条件下,超声频率(18,20,24,26,29KHz)对纤维素酶活力没有显著的影响。
超声波辅助温和碱/氧化法对秸秆预处理可显著提高木质素的去除率。超声波辅助温和碱/氧化法处理秸秆的最佳处理条件为:NaOH浓度为1.54%,H2O2浓度为0.6%,超声功率为1160W,超声时间为50min,初始水浴温度为78.69℃,在此条件下,预处理后木质素的相对含量达到8.22%。而无超声波辅助时,温和碱/氧化法在NaOH浓度为1%,H202浓度为0.6%,液固比为33mL/g的最佳条件下,木质素的相对含量达到8.43%时,处理时间为超声波辅助条件下的24倍,达到20h。通过对超声波温和碱/氧化法预处理后样品的扫描电子显微镜(SEM)分析和傅立叶变换红外光谱(FTIR)分析,发现秸秆的结构遭到破坏,增加了纤维素酶与纤维素的有效接触面积。
超声波可显著提高纤维素的酶解效率。当以滤纸片为底物时,在底物浓度为0.05mg/mL、超声功率为30W、超声时间30min和酶解时间1h的条件下,还原糖得率为3.52g/L,比未加超声波时的还原糖得率1.65g/L增长了1.64倍;当以预处理过的秸秆为底物时,在超声功率30W、超声时间30min、水浴50℃条件下,能显著提高纤维素酶解率,其48h转化率达到29.47%,比未加超声波辅助提高了54.3%。