發(fā)布時(shí)間：2021-11-17 05:57

　　【目的】降低預(yù)處理成本、提高秸稈預(yù)處理后的酶解效果,模擬自然界低溫環(huán)境并結(jié)合氨水對(duì)高粱秸稈進(jìn)行預(yù)處理�！痉椒ā客ㄟ^單因素試驗(yàn)分別探究氨水低溫凍融預(yù)處理中浸泡液的液固質(zhì)量比、冷凍溫度、冷凍時(shí)長(zhǎng)、氨水質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)高粱秸稈酶解的影響,采用正交試驗(yàn)對(duì)預(yù)處理?xiàng)l件進(jìn)行優(yōu)化,對(duì)預(yù)處理前后高粱秸稈的成分采用范式法測(cè)定,物理化學(xué)結(jié)構(gòu)用紅外光譜和X射線衍射分析�！窘Y(jié)果】單因素試驗(yàn)中,浸泡液的液固質(zhì)量比、冷凍溫度、冷凍時(shí)長(zhǎng)和氨水質(zhì)量分?jǐn)?shù)在不同水平下均顯著提高了高粱秸稈酶解還原糖的產(chǎn)量（P<0.05）。正交試驗(yàn)最優(yōu)預(yù)處理?xiàng)l件為浸泡液的液固質(zhì)量比12,冷凍時(shí)長(zhǎng)12 h,冷凍溫度-10℃,氨水質(zhì)量分?jǐn)?shù)8%。相較于未進(jìn)行預(yù)處理的秸稈,氨水低溫凍融處理的秸稈半纖維素含量下降42.42%;木質(zhì)素含量下降50.76%;秸稈的還原糖產(chǎn)量為302.87 mg·g-1,較未預(yù)處理組提高了80.34%;纖維素結(jié)晶度提高了57.02%。【結(jié)論】氨水低溫凍融預(yù)處理能有效破壞高粱秸稈木質(zhì)纖維素間原有的連接結(jié)構(gòu),溶解半纖維素,木質(zhì)素的單體和聚合結(jié)構(gòu)被破壞,提高了高粱秸稈的酶解還原糖得率以及纖維素結(jié)晶度。 

【文章來源】：華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 2020,41(04)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

不同單因素對(duì)高粱秸稈酶解還原糖產(chǎn)量的影響

傅里葉紅外變換光譜可以對(duì)木質(zhì)纖維原料進(jìn)行掃描，通過對(duì)比高粱秸稈預(yù)處理前后的譜圖，準(zhǔn)確分析秸稈化學(xué)結(jié)構(gòu)的變化。由圖2可見，氨水低溫凍融預(yù)處理前后除某些特征峰的消失或吸收強(qiáng)度的變化外，紅外吸收峰形狀基本相同。經(jīng)過氨水低溫凍融聯(lián)合預(yù)處理后，波數(shù)830 cm-1處C—H彎曲振動(dòng)增強(qiáng)，899 cm-1處的β–1,4糖苷鍵振動(dòng)吸收峰[26]增強(qiáng)，表明秸稈中的聚糖降解，官能團(tuán)更充分地暴露出來。與未處理秸稈相比，波數(shù)1 050 cm-1處的C—O和—CH2的伸縮振動(dòng)吸收峰[27]經(jīng)預(yù)處理后明顯上升，說明了氨水低溫凍融聯(lián)合預(yù)處理能夠使晶體結(jié)構(gòu)遭到有效破壞，從而使纖維素聚合度下降。波數(shù)1 250 cm-1處的譜峰為乙酰脂鍵、酚類C—O振動(dòng)和—OH的變形振動(dòng)[28]，經(jīng)預(yù)處理后在該處的峰明顯減弱，這說明部分半纖維素和木質(zhì)素得到有效降解。波數(shù)1 380和1 610 cm-1處小峰和寬峰均為木質(zhì)纖維素中的COO-1對(duì)稱伸縮振動(dòng)吸收特征峰，與未處理秸稈的譜圖相比，經(jīng)預(yù)處理后在該處附近的峰明顯增強(qiáng)，這是預(yù)處理對(duì)木質(zhì)纖維素的結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效破壞的結(jié)果。波數(shù)1 510 cm-1處的譜峰為木質(zhì)素振動(dòng)吸收峰，此處吸收峰主要為—CH2、C—O和苯環(huán)中的C—C，表明在預(yù)處理過程中部分木質(zhì)素聚合體被破壞，聚合度下降。波數(shù)1 730 cm-1處的單肩譜峰是COOH上的C=O鍵的伸縮振動(dòng)吸收峰[29]，與未處理秸稈的譜圖比，預(yù)處理后該處譜峰基本消失，這表明了預(yù)處理使半纖維素中酯鍵發(fā)生了斷裂，半纖維素降解。波數(shù)2 920 cm-1處為木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)中的—CH、—CH2的對(duì)稱和不對(duì)稱伸縮振動(dòng)吸收峰。波數(shù)3 400 cm-1處為木質(zhì)纖維素中酚羥基—OH的振動(dòng)吸收峰，與未處理秸稈的圖譜相比，經(jīng)氨水低溫凍融預(yù)處理后破壞了木質(zhì)纖維素的氫鍵，并有酚羥基或脂肪族羥基產(chǎn)生。紅外光譜圖分析結(jié)果表明，氨水低溫凍融聯(lián)合預(yù)處理對(duì)高粱秸稈木質(zhì)纖維素之間的氫鍵進(jìn)行了有效破壞，部分半纖維素因C=O鍵斷開而溶解；同時(shí)，高粱秸稈中木質(zhì)素的—CH2、C—O，苯環(huán)中C—C鍵充分暴露出來，對(duì)木質(zhì)素的單體和聚合結(jié)構(gòu)均有一定程度的破壞；纖維素中的β–1,4糖苷鍵、—CH2和—OH原有連接結(jié)構(gòu)被打破。預(yù)處理前后的化學(xué)結(jié)構(gòu)特性變化有效破壞了高粱秸稈的抗降解屏障，提高了纖維素酶對(duì)秸稈微觀結(jié)構(gòu)的可及度，降低了傳質(zhì)阻力，提高了酶解效率和還原糖得率。

圖3是未處理原料和氨水低溫凍融聯(lián)合預(yù)處理后的X射線衍射圖譜。如圖3所示，試驗(yàn)最優(yōu)預(yù)處理和未處理的衍射峰在16.0°附近的峰型基本一致，但試驗(yàn)最優(yōu)預(yù)處理樣品的衍射強(qiáng)度明顯減弱。試驗(yàn)最優(yōu)預(yù)處理組在2θ=18.0°的波谷較未處理組位置向左偏移，這表明纖維素?zé)o定形區(qū)單體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變化。在2θ=22.0°處出現(xiàn)明顯的衍射強(qiáng)度單峰，預(yù)處理后樣品衍射峰強(qiáng)度顯著增強(qiáng)，根據(jù)公式計(jì)算出未處理組纖維素結(jié)晶度為24.36%，試驗(yàn)最優(yōu)預(yù)處理后秸稈纖維素的結(jié)晶度為38.25%，提高了57.02%，這表明高粱秸稈在預(yù)處理后，半纖維素和木質(zhì)素2種無定形區(qū)降解溶出并暴露在外，纖維素相對(duì)含量增加并導(dǎo)致纖維素基質(zhì)的部分重結(jié)晶，纖維結(jié)構(gòu)發(fā)生重排，原料的有序結(jié)構(gòu)受到破壞，部分結(jié)晶區(qū)變?yōu)闊o定形區(qū)且有少量結(jié)晶生成或結(jié)晶重定向，使該衍射角度下吸收強(qiáng)度大幅增加，這與紅外光譜圖中1 050、1 380和2 920 cm-1處的木質(zhì)纖維素化學(xué)基團(tuán)的吸收峰增強(qiáng)相對(duì)應(yīng)。由圖可以看到試驗(yàn)最優(yōu)預(yù)處理后在2θ=28.0、30.5和34.5°處的衍射峰相較于未處理組基本消失，這表明氨水低溫凍融聯(lián)合預(yù)處理使纖維素的結(jié)晶結(jié)構(gòu)產(chǎn)生顯著變化。X射線衍射分析結(jié)果表明，氨水低溫凍融聯(lián)合預(yù)處理對(duì)秸稈的纖維素結(jié)晶度有雙重作用，一方面經(jīng)過預(yù)處理破壞纖維素結(jié)晶區(qū)的氫鍵降低了結(jié)晶度，但與此同時(shí)無定形區(qū)木質(zhì)素的去除和半纖維素的溶解使總體的結(jié)晶度大于對(duì)結(jié)晶區(qū)的破壞而升高，這與Kim等[30]采用氨水、陳尚钘等[31]采用稀酸、Pang等[32]采用微波蒸汽聯(lián)合預(yù)處理玉米秸稈時(shí)均發(fā)現(xiàn)了預(yù)處理使秸稈纖維素結(jié)晶度上升或者具有雙重作用的事實(shí)一致。

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號(hào)：3500339