论文部分内容阅读
随着全球不断变暖和矿物能源的口益枯竭，人们越来越关注环境友好和可持续型的生物燃料。生物燃料的研究已从“第一代生物乙醇”（淀粉基生物乙醇）发展到“第二代生物乙醇”（木质纤维生物质乙醇）。后者原料来源广泛，成本低，而且不与人类争粮，有更加良好的发展前景。但是，木材生物质结构致密，对酶和微生物入侵具有“顽抗性”。因而直接酶处理效率低下，要实现高的酶解效率，则必须进行一定的预处理。本文以桉木为原料，经弱碱性亚硫酸盐、高温热水和稀酸三种预处理法预处理后再酶解，以预处理液和酶解液中的总糖得率为评价指标，优化出各自的最佳预处理工艺；并对原料、预处理样及酶解残渣进行进一步对比分析，得出以下结论：（1）桉木弱碱性亚硫酸盐预处理的最佳工艺条件为：蒸煮最高温度170℃、保温时间2h、NaOH用量3%、Na2SO3用量12%。100g桉木原料经此条件预处理后再酶解，可得木糖10.89g、葡萄糖39.88g；通过对原料、预处理样及酶解残渣的进一步对比分析，发现经弱碱性亚硫酸盐预处理后，桉木原料中木质素和半纤维素的降解率分别为44.30%和22.73%，纤维素的相对结晶度下降14.34%，碳水化合物的结构变的松散，纹孔膜破裂，纤维碎片增多，极大的提高了后续纤维素酶对纤维素的可及度；通过总物料衡算可知：尽管有部分物质在预处理酶解过程被损失，但液体流中葡萄糖转化率仍高达92%，木糖转化率为70.71%，桉木原料中52.39%的酸不溶木素可在酶解残渣中得到回用。（2）桉木高温热水预处理的最佳工艺条件为：蒸煮温度180℃、保温时间20min、底物浓度5%，100g桉木原料经此条件预处理后再酶解，可得木糖13.80g、葡萄糖29.83g，分别占桉木原料中的木糖和葡萄糖的89.6%和70.02%；通过对原料、预处理样及酶解残渣的进一步对比分析，发现经高温热水预处理后，桉木原料中大部分半纤维素被水解，纤维素的相对结晶度基本不变，碳水化合物的结构变的松散，纹孔膜破裂，纤维碎片增多，极大的提高了后续纤维素酶的可及度；通过总物料衡算可知：液体流中木糖转化率高达90%，葡萄糖转化率为70%，桉木原料中91%的酸不溶木素可在酶解残渣中得到回用。（3）桉木稀酸预处理的最佳工艺条件为：蒸煮温度160℃、保温时间10min、硫酸质量分数0.75%。100g桉木原料经此条件预处理后再酶解，可得木糖12.25g、葡萄糖35.74g，分别占桉木原料中的木糖和葡萄糖的80%和84%，预处理液中乙酸、糠醛、羟甲基糠醛等发酵抑制剂的含量分别为2.02g/L、1.37g/L和0.13g/L；通过对原料、预处理样及酶解残渣的进一步对比分析，发现经稀酸预处理后，桉木原料半纤维素和木质素的降解率分别为94.16%和23.78%；纤维素的相对结晶度由61.22%降低至58.34%；碳水化合物的结构变的松散，纹孔膜破裂，纤维碎片增多，极大的提高了后续纤维素酶的可及度；通过总物料衡算可知：液体流中总糖转化率高达82%（其中葡萄糖转化率为84%，木糖转化率为80%），桉木原料中80%的酸不溶木素可在酶解残渣中得到回用。