新疆棉稈資源豐富,將棉稈酶解生成可發(fā)酵糖,有利于其高值化利用。本研究以棉稈為原料,將其經(jīng)過(guò)Na OH處理后,以纖維素酶用量、酶解溫度、水解時(shí)間和固含量為輸入?yún)?shù),以酶解得到的還原糖產(chǎn)率為目標(biāo)輸出,在Box-Behnken設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)經(jīng)Na OH處理后的棉稈在纖維素酶中酶解的過(guò)程進(jìn)行模擬與優(yōu)化,建立了棉稈在纖維素酶中酶解糖化的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,優(yōu)化了棉稈在纖維素酶中酶解的工藝。模型分析結(jié)果表明:優(yōu)化的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型均方誤差小,回歸值為0.9571,網(wǎng)絡(luò)性能穩(wěn)定,預(yù)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確。通過(guò)模型優(yōu)化獲得最優(yōu)的酶解條件為:酶用量為70 FPU/g,溫度為46.31℃,酶解時(shí)間為72 h和固含量為7.5%,獲得還原糖產(chǎn)率最高為62.14%;XRD、SEM和FT-IR的分析結(jié)果表明:Na OH預(yù)處理能有效除去木質(zhì)素,使纖維素的含量相對(duì)升高,與纖維素酶的接觸位點(diǎn)增多,從而提高棉稈的水解產(chǎn)率。 

【文章來(lái)源】：石河子大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2018,36(05)北大核心

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BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型圖

石河子大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）第36卷得到R為0.9571，網(wǎng)絡(luò)輸出結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果非常接近，表明建立的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型可以用于預(yù)測(cè)NaOH處理棉稈在纖維素酶中酶解產(chǎn)糖的工藝。圖2還原糖產(chǎn)率真實(shí)值與BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)值的比較圖Fig.2ComparisonofexperimentalreducingsugaryieldandBPNNsimulatedvalue根據(jù)建立的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的連接權(quán)值，可以定量計(jì)算出纖維素酶用量、酶解溫度、水解時(shí)間和固含量對(duì)輸出結(jié)果的貢獻(xiàn)率，結(jié)果（表6）顯示：酶解的各因素對(duì)還原糖產(chǎn)率影響強(qiáng)弱為：酶解溫度>水解時(shí)間>纖維素酶用量>固含量。通過(guò)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化棉稈酶解糖化過(guò)程，得到最優(yōu)的水解條件為：纖維素酶用量、酶解溫度、水解時(shí)間和固含量分別為70FPU/g、46.31℃、72h和7.5%，在此條件下獲得最高還原糖產(chǎn)率為62.14%。表6纖維素酶酶解因素對(duì)棉稈酶解過(guò)程的貢獻(xiàn)率Tab.6Relativeimportanceofinputvariablesonenzymaticdigestibility對(duì)該模型的預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，得到還原糖產(chǎn)率為62.63%，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)測(cè)值相近，表明建立的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型在預(yù)測(cè)棉稈在纖維素酶中酶解產(chǎn)糖方面較為可靠。2.3表征與分析對(duì)棉稈原料、NaOH處理棉稈以及酶解后的棉稈殘?jiān)M(jìn)行XRD和FT-IR分析，結(jié)果如圖3所示。由圖3中XRD圖可計(jì)算出棉稈原料結(jié)晶度指數(shù)為30.91%，經(jīng)NaOH處理后升至51.59%，酶解后降低到38.29%，表明棉稈經(jīng)NaOH處理后，結(jié)晶區(qū)的纖維素含量增大；酶解后，棉稈中的纖維素水解生成糖[15]，這與棉稈的組分分析結(jié)果一致。棉稈物料FT-IR圖的波數(shù)范圍是從4000-600cm-1。1720、1384和668cm-1的吸收峰是木質(zhì)素的特征峰[16]，與原料相比，經(jīng)NaOH預(yù)處理后，此處峰強(qiáng)減弱，表明棉稈中的木質(zhì)素被去除。897cm-1處吸收峰歸屬于纖維素特征峰，經(jīng)Na

過(guò)程，得到最優(yōu)的水解條件為：纖維素酶用量、酶解溫度、水解時(shí)間和固含量分別為70FPU/g、46.31℃、72h和7.5%，在此條件下獲得最高還原糖產(chǎn)率為62.14%。表6纖維素酶酶解因素對(duì)棉稈酶解過(guò)程的貢獻(xiàn)率Tab.6Relativeimportanceofinputvariablesonenzymaticdigestibility對(duì)該模型的預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，得到還原糖產(chǎn)率為62.63%，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)測(cè)值相近，表明建立的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型在預(yù)測(cè)棉稈在纖維素酶中酶解產(chǎn)糖方面較為可靠。2.3表征與分析對(duì)棉稈原料、NaOH處理棉稈以及酶解后的棉稈殘?jiān)M(jìn)行XRD和FT-IR分析，結(jié)果如圖3所示。由圖3中XRD圖可計(jì)算出棉稈原料結(jié)晶度指數(shù)為30.91%，經(jīng)NaOH處理后升至51.59%，酶解后降低到38.29%，表明棉稈經(jīng)NaOH處理后，結(jié)晶區(qū)的纖維素含量增大；酶解后，棉稈中的纖維素水解生成糖[15]，這與棉稈的組分分析結(jié)果一致。棉稈物料FT-IR圖的波數(shù)范圍是從4000-600cm-1。1720、1384和668cm-1的吸收峰是木質(zhì)素的特征峰[16]，與原料相比，經(jīng)NaOH預(yù)處理后，此處峰強(qiáng)減弱，表明棉稈中的木質(zhì)素被去除。897cm-1處吸收峰歸屬于纖維素特征峰，經(jīng)NaOH處理后，峰強(qiáng)增強(qiáng)，酶解后峰強(qiáng)減弱，這與XRD結(jié)果一致，這是由于棉稈中的纖維素含量經(jīng)堿處理后相對(duì)上升，酶解后又有所降低。 !!"#$%&’())))對(duì)棉稈原料、NaOH預(yù)處理棉稈及其最優(yōu)酶解條件下水解后的棉稈殘?jiān)M(jìn)行掃描電鏡（SEM）分析，結(jié)果（圖4）顯示：未處理棉稈的表面較為平整光滑，緊湊且無(wú)裂紋；經(jīng)過(guò)NaOH處理后，棉稈表面結(jié)構(gòu)破壞，原有的平滑規(guī)整的表面被打破，結(jié)構(gòu)松散，表面出現(xiàn)一些小孔；酶解后大量纖維素水解生成6055504540353025還原糖產(chǎn)率ANN預(yù)測(cè)值30354045505560還原糖?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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