玉米秸秆酶法水解预处理技术研究

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我国玉米秸秆资源十分丰富,但是这些资源长期没有得到合理的利用,约2/3被焚烧,造成资源浪费和环境污染。利用玉米秸秆发酵生产燃料乙醇,L-乳酸等高附加值产品,不仅可以减少环境污染,还可以为L-乳酸的生产提供新的原料来源。提高酶法水解效率的关键是酶解前的预处理。本文对比分析了机械粉碎预处理和化学蒸煮预处理后玉米秸秆的纤维素酶酶法水解效果,探讨了麦芽酶系和纤维素酶共同降解玉米秸秆的作用,分析了玉米秸秆酶解产物特性及酶解机理。玉米秸秆的纤维素酶解效果与预处理有直接关系,用机械法粉碎可以有效提高酶解效率,玉米秸秆机械粉碎强度增加,酶解产生的葡萄糖含量逐渐增加。当粉粒粒度达到100-300nm时,产生的葡萄糖含量迅速增长,大约是40~60目玉米秸秆粉产生葡萄糖量的6倍。化学蒸煮预处理玉米秸秆纤维,在大颗粒(小于200目)时,酶解更具有优势。实验结果还表明:玉米秸秆粉碎强度逐渐增加,纤维素被破坏越程度逐渐增加,聚合度逐渐降低,酶解产量增加,同时木素更容易被溶出。麦芽酶系对纤维素酶降解玉米秸秆起到一定的协同作用,其共同降解玉米秸秆产生的葡萄糖量比单独使用纤维素酶水解产生的葡萄糖量显著提高。麦芽质量增加,对纤维素酶的协同作用增强。并且,在纤维素酶用量较低的条件下,麦芽酶系对纤维素酶的协同作用比较显著。80℃高温处理后的麦芽酶系对纤维素酶仍然具有协同作用,通过酶活力测定结果可以推测:对纤维素酶降解玉米秸秆起主要作用的麦芽酶系是α-淀粉酶,蛋白酶和多酚氧化酶。通过对玉米秸秆酶解产物特性及机理的研究得到:纤维素酶降解玉米秸秆粉时,不仅生成葡萄糖,同时也会产生木糖。经气--质谱法分析初步判断,玉米秸秆酶解产物中葡萄糖含有旋光异构体,即水解液中葡萄糖是D-型葡萄糖和L-型葡萄糖混合体。纤维素酶解时,随着玉米秸秆粒度逐渐变小,酶水解能够不同程度的破坏木素-碳水化合物之间的醚键,糖苷键,缩醛键等连接方式。粒度越小,水解糖量越高。当玉米秸秆的粒度为100-300nm时,在pH4.8的酸性条件下,能溶出一定量的木糖。
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