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利用丰富廉价的农业废弃物代替粮食生产燃料乙醇,是解决未来能源和资源问题的重要途径之一,对我国经济和社会的可持续发展及生态环境的保护,具有重要意义。本文采用广西丰富的农业废弃物——木薯秆为原料,对木薯秆原料的预处理工艺和酶水解条件进行了研究,针对木薯秆较低的纤维素酶水解得率,从复合酶协同水解和添加活化剂两方面进行强化酶水解研究,有效提高了木薯秆酶水解得率。
针对木薯秆结构致密、难以直接被纤维素酶水解的特点,分别采用稀硫酸、稀盐酸、乙酸/过氧化氢、NaOH等方法对木薯秆进行预处理。结果表明,采用2%稀硫酸于50℃对木薯秆处理15h,酶水解得率可达35.81%,较未经预处理的木薯秆酶水解得率提高了40.87%。
以2%稀硫酸预处理后的纤维物料为底物进行纤维素酶水解,得到最优的纤维素酶水解工艺条件为:纤维素酶用量55FPIU·g-1(底物)、液固比40:1、PH4.8、50℃,水解48h,此时酶水解率达到最大值36.89%,纤维素酶水解过程中影响因素大小顺序为:纤维素酶用量>PH值>时间>液固比。
为了消除酶水解糖化过程中的抑制作用,提高酶水解效率,进行了多种复合酶的强化木薯秆酶水解实验。研究表明,木聚糖酶/纤维素酶协同作用可以有效将纤维素、半纤维素水解,大大提高酶水解液中还原糖浓度。在其余条件不变条件下,加入木聚糖酶100IU·g-1(底物),水解14h,酶水解率达到了60.54%,比未添加木聚糖酶水解体系得率(36.89%)提高了64.11%。
Triton x和Tween这两种类型的表面活性剂对木薯秆纤维素酶水解有促进作用,其中以Tween20、Triton x-114为最佳。Tween20的加入量是2.5g·L-1,水解72h时,还原糖产量最高达49.23%;加入5.0g·L-1的Triton X-114,水解时间60h时,还原糖产量为49.39%,比空白样提高34.13%。但从环境因素,以Tween20为佳。