磷酸預(yù)處理對小麥秸稈酶解糖化的影響

曾青蘭

摘要：為提高小麥秸稈木質(zhì)纖維素的能源化利用效率，在常壓溫和條件下用磷酸對小麥秸稈進(jìn)行預(yù)處理，研究了預(yù)處理秸稈顆粒度、固液比、溫度、時間對小麥秸稈酶解糖化率的影響，并用掃描式電鏡分析了預(yù)處理前后小麥秸稈結(jié)構(gòu)的變化。結(jié)果表明，在小麥秸稈顆粒度６０目、固液比１．０∶８．５、溫度７０ ℃、處理時間１．０ ｈ的預(yù)處理條件下，小麥秸稈酶解糖化率50 min時從２５．４％（未預(yù)處理）提高到７０．３％（預(yù)處理）。ＳＥＭ分析表明，經(jīng)磷酸預(yù)處理后小麥秸稈崩解為碎片，為后續(xù)的酶解糖化提供了良好的條件。

關(guān)鍵詞：小麥秸稈；磷酸預(yù)處理；酶解糖化

中圖分類號：Ｓ２１６．２；Ｘ７１２文獻(xiàn)標(biāo)識碼：Ａ文章編號：0439－８114（２０12）15－3311-04

Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ Ｐｈｏｓｐｈｏｒｉｃ Ａｃｉｄ Ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｎ Ｅｎｚｙｍａｔｉｃ Ｓａｃｃｈａｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｗｈｅａｔ Ｓｔｒａｗ

ＺＥＮＧ Ｑｉｎｇ－ｌａｎ

（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｘｉａｎｎｉｎｇ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ， Ｘｉａｎｎｉｎｇ ４３７１００， Ｈｕｂｅｉ， Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｗｈｅａｔ ｓｔｒａｗ ｌｉｇｎｏｃｅｌｌｕｌｏｓｅ， ｗｈｅａｔ ｓｔｒａｗ ｗas ｐｒｅｔｒｅａｔｅｄ ｗｉｔｈ ｐｈｏｓｐｈｏｒｉｃ ａｃｉｄ ｕｎｄｅｒ ｎｏｒｍａｌ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ ｍｉｌｄ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ， ｓｏｌｉｄ－ｌｉｑｕｉｄ ｒａｔｉｏ ａｎｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｉｍｅ ｏｎ ｅｎｚｙｍａｔｉｃ ｓａｃｃｈａｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｗｈｅａｔ ｓｔｒａｗ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ． Ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｗｈｅａｔ ｓｔｒａｗ ｗｅｒｅ ｓｃａｎｎｅｄ ｂｙ ａ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ （ＳＥＭ） ｂｅｆｏｒｅ ａｎｄ ａｆｔｅｒ ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｅｎｚｙｍａｔｉｃ ｓａｃｃｈａｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｗｈｅａｔ ｓｔｒａｗ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｆｒｏｍ ２５．４％ ｔｏ ７０．３％ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ ｏｆ ｒｉｃｅ ｓｔｒａｗ ｗａｓ ６０ ｍｅｓｈ， ｓｏｌｉｄ－ｌｉｑｕｉｄ ｒａｔｉｏ ｗａｓ １．０∶８．５， ｔｈｅ ｐｒｅｔｒｅａｔｅｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｗａｓ ７０ ℃ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｅｔｒｅａｔｅｄ ｔｉｍｅ ｗａｓ １．０ ｈ． ＳＥＭ ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｗｈｅａｔ ｓｔｒａｗ ｄｉｓｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｔｏ ｐｉｅｃｅｓ ａｆｔｅｒ ｐｒｅｔｒｅａｔｅｄ ｂｙ ｐｈｏｓｐｈｏｒｉｃ ａｃｉｄ． Ｉｔ ｗｉｌｌ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ｇｏｏｄ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｕｂｓｅｑｕｅｎｔ ｅｎｚｙｍａｔｉｃ ｓａｃｃｈａｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｗｈｅａｔ ｓｔｒａｗ； ｐｈｏｓｐｈｏｒｉｃ ａｃｉｄ ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ； ｅｎｚｙｍａｔｉｃ ｓａｃｃｈａｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ

蔗糖、甜菜糖是肥胖、糖尿病、齲齒和心血管病的重要誘因，而低聚果糖、高果糖漿不易被唾液和胃液分解，在小腸內(nèi)難以被吸收，正常人攝取后血糖幾乎沒有上升，而且其對有益菌的增殖亦具有促進(jìn)作用［１，２］。菊芋（Ｈｅｌｉａｎｔｈｕｓ ｔｕｂｅｒｏｓｕｓ）在中國南方、北方、西南、西北等地均有大量種植，屬豐產(chǎn)野生資源，價格非常便宜［３］。由菊芋經(jīng)現(xiàn)代新技術(shù)分離精制而得的菊粉主要成分為β－果聚糖，應(yīng)用前景廣闊，市場潛力大，經(jīng)濟(jì)效益好。在菊粉生產(chǎn)過程中，菊芋提取液含有各種色素、蛋白質(zhì)和果膠等雜質(zhì)。其中的色素分子在溶液中呈電離狀態(tài)，可以用活性炭或陰離子交換樹脂將其吸附除去。目前常用的脫色方法是在常溫下用組合離子交換法使菊芋提取液分別通過強(qiáng)酸樹脂、弱堿樹脂、弱酸樹脂、強(qiáng)堿樹脂除去色素、無機(jī)鹽等。但是脫色效果不夠理想，并且樹脂再生成本較高。為了改善菊粉的色澤，本試驗利用具有一定吸附特性的活性炭在過濾階段處理菊芋提取液，再和離子交換聯(lián)合使用，以期減少離子交換罐的數(shù)量，降低成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

１材料及設(shè)備

１．１材料與儀器

菊芋糖漿由張掖云鵬科技發(fā)展有限公司提供。磷酸、鹽酸，分析純，開封市東大化工（集團(tuán)）有限公司試劑廠；果糖，生化試劑，天津市福晨化學(xué)試劑廠；氫氧化鈣，分析純，天津市東麗區(qū)開大化學(xué)試劑廠；８６２型、ＨＣ３０３型活性炭，杭州木材有限公司；ＺＰ３０３型、Ｚ３０３型、ＰＺ３０３型活性炭，杭州恒興活性炭有限公司；ＳＢＳ－２０１型、ＳＢＳ－２０２型活性炭，信豐泰榮活性炭有限公司。

７２３０型分光光度計，江蘇省宜興儀器儀表總廠；ＨＨＳ電熱恒溫水浴鍋，江蘇東臺市電器廠；ＷＳ１０１型手持式折射儀，上海測維光電技術(shù)有限公司；Ｌ－Ｓ電子天平、ＳＧ型ｐＨ計，梅特勒－托利多儀器（上海）有限公司。

１．２試驗方法

１．２．１單因素試驗糖液１００ ｍＬ（糖度 １０°Ｂ）→加熱到設(shè)定的溫度→加活性炭→反應(yīng)１５ ｍｉｎ→加Ｃａ（ＯＨ）２調(diào)ｐＨ為７→反應(yīng)到設(shè)定時間→取出糖液過濾→收集濾液定容至１００ ｍＬ→測定指標(biāo)。

設(shè)置單因素試驗分別考察活性炭種類、用量、吸附溫度、吸附時間和ｐＨ對總糖回收率的影響。①活性炭種類?；钚蕴刻砑恿浚保埃?ｍｇ／ｍＬ、吸附溫度４５ ℃、吸附時間３０ ｍｉｎ、ｐＨ ４．５，分別使用８６２型、ＨＣ３０３型、ＺＰ３０３型、Ｚ３０３型、ＰＺ３０３型、ＳＢＳ－２０１型、ＳＢＳ－２０２型活性炭對菊芋糖漿進(jìn)行脫色。②活性炭用量。選擇ＰＺ３０３型活性炭對菊芋糖漿進(jìn)行脫色，吸附溫度４５ ℃、吸附時間３０ ｍｉｎ、ｐＨ ４．５，活性炭用量分別為６０、７０、８０、９０、１００、１１０、１２０ ｍｇ／ｍＬ。③吸附溫度。ＰＺ３０３型活性炭添加量９０ ｍｇ／ｍＬ、吸附時間３０ ｍｉｎ、ｐＨ ４．５，吸附溫度分別為４０、５０、６０、７０、８０、９０ ℃。④吸附時間。ＰＺ３０３型活性炭添加量９０ ｍｇ／ｍＬ、吸附溫度６０ ℃、ｐＨ ４．５，吸附時間分別為１０、２０、３０、４０、５０、６０ ｍｉｎ。⑤ｐＨ。ＰＺ３０３型活性炭添加量９０ ｍｇ／ｍＬ、吸附溫度６０ ℃、吸附時間４０ ｍｉｎ，ｐＨ分別為３、４、５、６、７、８。

１．２．２正交試驗在單因素試驗的基礎(chǔ)上，設(shè)計正交試驗考察活性炭的種類、添加量、吸附溫度和吸附時間對總糖回收率和脫色率的影響，因素與水平見表１。

１．２．３指標(biāo)測定

１）總糖回收率。高效液相色譜測定結(jié)果發(fā)現(xiàn)糖漿中單糖和蔗糖含量比較低，且菊糖在脫色過程中比較穩(wěn)定，所以本試驗用總糖含量表示β-果聚糖的含量。用糖量計測定糖液的糖度，計算總糖回收率。

總糖回收率＝過濾后濾液的糖度／過濾前濾液的糖度×１００％

２）脫色率。用７２３０型分光光度計測定糖漿在３００～７００ ｎｍ波長之間的吸光度，結(jié)果顯示其在５４０ ｎｍ處有最大吸光度，因此用ＯＤ５４０ ｎｍ表示糖漿的顏色深度［４］。

脫色率＝（ＯＤ－ＯＤ）／ＯＤ×１００％

式中，ＯＤ和ＯＤ分別為菊芋糖漿脫色前和脫色后在５４０ ｎｍ處的吸光度。

２結(jié)果與分析

２．１單因素試驗結(jié)果

２．１．１活性炭種類對總糖回收率和脫色率的影響活性炭種類對總糖回收率和脫色率的影響結(jié)果見圖１。７種活性炭都屬于糖用活性炭，但它們的脫色效果存在著差異，其中ＰＺ３０３的脫色率最高，其次是Ｚ３０３，總糖回收率最高的是ＳＢＳ－２０２，其次是ＰＺ３０３，因此后續(xù)試驗采用ＰＺ３０３型活性炭對菊芋糖漿進(jìn)行脫色。

２．１．２活性炭用量對總糖回收率和脫色率的影響活性炭用量對總糖回收率和脫色率的影響結(jié)果如圖２所示。由圖２可知，總糖回收率隨活性炭添加量的增加總體呈下降趨勢，但變化幅度不大；脫色率隨著活性炭用量的增加先呈上升趨勢，當(dāng)活性炭用量超過１１０ ｍｇ／ｍＬ之后，其脫色率反而下降。每克活性炭粉末的吸附面積高達(dá)５００ ｍ２以上，可將有色物質(zhì)及雜質(zhì)吸附在活性炭的表面，從糖液中除去?；钚蕴坑昧吭酱螅矫娣e也就越大，吸附能力越強(qiáng)［５］。但是多種吸附質(zhì)共存時，活性炭的吸附能力在不同吸附質(zhì)間有差異［６］，因此在糖溶液中活性炭的脫色率有限?？紤]到活性炭用量越大，糖的損失越大，成本也越高，結(jié)合脫色率和總糖回收率綜合考慮，選擇活性炭用量在９０ ｍｇ／ｍＬ左右。

２．１．３吸附溫度對總糖回收率和脫色率的影響吸附溫度對總糖回收率和脫色率的影響結(jié)果見圖３。由圖３可知，隨吸附溫度的升高，總糖回收率和脫色率都呈下降趨勢。考慮到溫度過低對絮凝（沉淀蛋白質(zhì)）不利［７］，選擇吸附溫度在６０ ℃左右。

２．１．４吸附時間對總糖回收率和脫色率的影響吸附時間對總糖回收率和脫色率的影響結(jié)果見圖４。由圖４可知，吸附時間對總糖回收率沒有太大影響，但脫色率在４０ ｍｉｎ時出現(xiàn)峰值。

２．１．５吸附ｐＨ對總糖回收率和脫色率的影響ｐＨ對總糖回收率和脫色率的影響規(guī)律如圖５所示。由圖５可知，總糖回收率隨ｐＨ的上升總體呈下降趨勢，但變化幅度不大；脫色率在ｐＨ為６時出現(xiàn)峰值。同時為了便于樹脂的進(jìn)一步處理，將吸附體系的ｐＨ定為６，而不作為正交試驗的一個水平進(jìn)行考察。

２．２正交試驗結(jié)果

正交試驗結(jié)果見表２，由表２可知，以總糖回收率為指標(biāo)，各因素的影響由大到小依次為吸附溫度、活性炭添加量、活性炭種類、吸附時間，最佳試驗組合為Ａ１Ｂ４Ｃ１Ｄ２（３），即ＳＢＳ－２０２型活性炭，吸附溫度７０ ℃、活性炭添加量７０ ｍｇ／ｍＬ、吸附時間３０ ｍｉｎ或４０ ｍｉｎ。以脫色率為指標(biāo)，影響因素從大到小為活性炭種類、吸附溫度、活性炭添加量、吸附時間，最優(yōu)組合為Ａ４Ｂ４Ｃ２Ｄ１，即ＨＣ３０３型活性炭、吸附溫度７０℃、活性炭添加量８０ ｍｇ／ｍＬ、吸附時間２０ ｍｉｎ。

總糖回收率與脫色率的最佳試驗組合的活性炭種類、添加量和吸附時間均不同。ＨＣ３０３型活性炭的脫色率最高，但是總糖回收率太低，而ＳＢＳ－２０２的活性炭總糖回收率最高，脫色率僅次于ＨＣ３０３，因此選擇ＳＢＳ－２０２型活性炭用于脫色?？偺腔厥章孰S著活性炭添加量的增加逐漸減小，而脫色率在活性炭用量為８０ ｍｇ／ｍＬ時出現(xiàn)峰值，綜合考慮，選擇活性炭的添加量為８０ ｍｇ／ｍＬ。各因素中吸附時間對總糖回收率和脫色率的影響均最小，２０ ｍｉｎ時脫色率最高，因此確定最優(yōu)的吸附時間為２０ ｍｉｎ。綜上，優(yōu)化的脫色條件為ＳＢＳ－２０２型活性炭、吸附溫度７０ ℃、活性炭添加量８０ ｍｇ／ｍＬ、吸附時間２０ ｍｉｎ。

３結(jié)論

活性炭對菊芋糖漿脫色的效果與活性炭種類、添加量、吸附溫度及吸附時間等因素有關(guān)。單因素分析發(fā)現(xiàn)，糖的損失小時，脫色率低；脫色率高時，糖的損失又大。本研究通過正交試驗優(yōu)化了活性炭對菊芋糖漿的脫色工藝參數(shù)，即ＳＢＳ－２０２型活性炭、吸附溫度７０ ℃、活性炭添加量８０ ｍｇ／ｍＬ、吸附時間２０ ｍｉｎ。

參考文獻(xiàn)：

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［７］ 鄭懷禮． 生物絮凝劑與絮凝技術(shù)［Ｍ］． 北京： 化學(xué)工業(yè)出版社，２００４．２３－２５．

隨著化石燃料資源的日趨枯竭和環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，開發(fā)可持續(xù)發(fā)展的生物能源替代化石產(chǎn)品已成為各國科技工作者關(guān)注的焦點。其中秸稈纖維素乙醇作為一種清潔的可再生燃料，其研究與開發(fā)最引人注目，這種生物質(zhì)能源的開發(fā)可有效緩解當(dāng)今世界面臨的糧食短缺、飼料資源緊張、能源危機(jī)和環(huán)境污染等問題［１，２］。

我國是農(nóng)業(yè)大國，每年產(chǎn)生的小麥秸稈約１．１ 億ｔ，占秸稈總量的１８％左右［３］。但由于纖維素物質(zhì)在自然界以木質(zhì)纖維素的結(jié)構(gòu)形式存在，對纖維素酶水解有很大的阻力，從而降低了其糖化效率，因此，必須采用適當(dāng)?shù)念A(yù)處理技術(shù)降低其酶水解阻力。國內(nèi)外不少學(xué)者研究了無機(jī)酸預(yù)處理木質(zhì)纖維素技術(shù)，其中研究較多的是稀硫酸，但稀硫酸預(yù)處理通常需要較高的反應(yīng)溫度，耗能高，并對設(shè)備有較大的腐蝕性，同時處理廢液還會帶來嚴(yán)重的環(huán)境問題［４－７］；有學(xué)者嘗試用２．５％的磷酸在１７５ ℃微波發(fā)生器內(nèi)處理原料草，使原料草的酶解糖化率明顯提高，但需特殊設(shè)備和高溫，仍然沒有解決能耗高的問題［８］。因而希望有一種溫和的對環(huán)境友好的預(yù)處理方法，為此采用純度為８５％（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的磷酸在常壓下預(yù)處理小麥秸稈，研究了不同秸稈顆粒度、固液比、溫度、時間等預(yù)處理條件對小麥秸稈酶解糖化的影響，并利用掃描式電鏡分析了預(yù)處理前后小麥秸稈結(jié)構(gòu)的變化。預(yù)處理后的磷酸廢液可用作制造磷肥的原料，不會對環(huán)境造成不利影響。

１材料與方法

１．１材料

小麥秸稈收集自河南省許昌市郊區(qū)，其主要成分為粗纖維素４０．３％、半纖維素２８．４％、木質(zhì)素１９．７％。纖維素酶購自寧夏和氏璧生物技術(shù)有限公司，纖維素酶（固體）酶活為：濾紙酶（ＦＰＡ）酶活≥２．２萬Ｕ／ｇ、內(nèi)切酶（Ｃｘ，ＣＭＣ）酶活≥３０萬Ｕ／ｇ、外切酶（Ｃ１，脫脂棉）酶活≥１．２萬Ｕ／ｇ、二糖酶（ＣＢ）酶活≥１．０萬Ｕ／ｇ。磷酸購自武漢市厚積生物科技有限公司，純度為８５％（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。

１．２方法

１．２．１小麥秸稈的預(yù)處理將小麥秸稈剪成２～３ ｃｍ小段， 烘干后粉碎。稱取１０ ｇ小麥秸稈粉裝入小燒杯，每個處理３次重復(fù)。加適量磷酸與小麥秸稈粉充分混勻，于一定溫度下進(jìn)行預(yù)處理。分別考查小麥秸稈顆粒度２０、４０、６０、８０、１００、１２０目，固液比１.0∶７．０、１.0∶７．５、１.0∶８．０、１.0∶８．５、１.0∶９．０，溫度４０、５０、６０、７０、８０、９０ ℃、時間０．５、１．０、１．５、２．０、２．５、３．０ ｈ共４個因素不同水平預(yù)處理條件對小麥秸稈酶解糖化的影響。經(jīng)過預(yù)處理后的小麥秸稈加入２００ ｍＬ去離子水充分混勻后過濾，收集濾液和濾餅，濾液可用于制造磷肥，濾餅用去離子水反復(fù)洗至中性，烘干即得小麥秸稈預(yù)處理試樣，稱重后置干燥器中備用。

１．２．２小麥秸稈的酶解糖化準(zhǔn)確稱取小麥秸稈試樣適量，用醋酸－醋酸鈉（ｐＨ ４．８）緩沖溶液配制成２ ｍｇ／ｍＬ的溶液，取該溶液１．５ ｍＬ置于２５ ｍＬ具塞刻度試管中， 加入過量酶液于５０ ℃的恒溫水浴中酶解反應(yīng)一定時間后，用ＤＮＳ法測定出其中葡萄糖質(zhì)量，再根據(jù)以下公式計算出纖維素的糖化率［９］。

糖化率＝■×100%

１．２．３預(yù)處理前后小麥秸稈結(jié)構(gòu)的變化利用掃描式電子顯微鏡對預(yù)處理前后的小麥秸稈結(jié)構(gòu)進(jìn)行掃描觀察，分析磷酸預(yù)處理對小麥秸稈結(jié)構(gòu)的影響。

２結(jié)果與分析

２．１顆粒度對小麥秸稈酶解糖化的影響

取不同顆粒度的小麥秸稈粉１０ ｇ，以固液比１．０∶９．０（ｍ∶Ｖ，下同）分別加入９０ ｍＬ磷酸攪拌均勻后于７０ ℃預(yù)處理１．５ ｈ。結(jié)果（表１）表明，６０目的小麥秸稈粉預(yù)處理后酶解所獲糖化率最高。小麥秸稈顆粒度愈小，與磷酸接觸的總表面積愈大，磷酸對其作用越強(qiáng)，但顆粒度過小，纖維素會發(fā)生過度降解，反而降低了后續(xù)酶解糖化的纖維素總量。另外，過小的顆粒度會增加能耗，提高生產(chǎn)成本。因此，小麥秸稈顆粒度以６０目為宜。

２．２固液比對小麥秸稈酶解糖化的影響

取６０目的小麥秸稈粉，按設(shè)定的固液比分別加入磷酸，７０ ℃預(yù)處理１．５ ｈ。結(jié)果（表２）顯示，固液比為１．０∶８．５時酶解糖化效果最好。磷酸用量是影響小麥秸稈預(yù)處理效果的重要因素，磷酸可斷開木質(zhì)素－碳水化合物之間復(fù)雜有序的氫鍵，破壞木質(zhì)素保護(hù)層，使結(jié)晶纖維素成為無定型纖維素，并進(jìn)一步打斷部分β－１，４－糖苷鍵，降低纖維素的平均聚合度［１０］，增加秸稈的內(nèi)部表面積，從而增加纖維素酶對纖維素的可及性。但磷酸用量過高也會導(dǎo)致纖維素的過度降解。因此適宜的固液比為１．０∶８．５。

２．３溫度對小麥秸稈酶解糖化的影響

?。叮澳康男←溄斩挿?，以１．０∶８．５的固液比分別加入磷酸，在不同溫度下預(yù)處理１．５ ｈ。結(jié)果（表３）表明，溫度為７０ ℃時，所獲得的小麥秸稈酶解糖化率最高。低溫不能完全破壞秸稈纖維素的結(jié)構(gòu)，高溫則會促使小麥秸稈中的半纖維素分解和木質(zhì)素的溶解，提高纖維素酶對纖維素的可及性，但也會帶來高能消耗以及高聚糖的大量降解。因此適宜的預(yù)處理溫度為７０ ℃。

２．４預(yù)處理時間對小麥秸稈酶解糖化的影響

在顆粒度６０目、固液比１．０∶８．５、溫度７０ ℃的反應(yīng)條件下，分析不同的預(yù)處理時間對小麥秸稈粉酶解糖化的影響。結(jié)果表明，預(yù)處理時間較短則不能充分破壞秸稈的晶狀結(jié)構(gòu)，使后續(xù)的酶解效率較低，而預(yù)處理時間太長在充分破壞秸稈晶狀結(jié)構(gòu)的同時，也會使纖維素過度分解，同時也導(dǎo)致了更高的能量消耗。在該試驗條件下對小麥秸稈預(yù)處理１．０ ｈ所獲得的酶解糖化率最高（表4）。

２．５小麥秸稈酶解糖化進(jìn)程曲線

在小麥秸稈顆粒度６０目、固液比１．０∶８．５、溫度７０ ℃、時間１．０ ｈ等適宜的條件下對小麥秸稈進(jìn)行預(yù)處理，并將預(yù)處理后的小麥秸稈試樣和未經(jīng)預(yù)處理的小麥秸稈試樣在相同條件下進(jìn)行纖維素酶水解試驗， 其反應(yīng)進(jìn)程如圖１。由圖１可知，酶解反應(yīng)開始時，經(jīng)過磷酸預(yù)處理的小麥秸稈糖化率逐步增加，到５０ ｍｉｎ時達(dá)最大值７０．３％，這是由于預(yù)處理后的小麥秸稈已變成無定形的松散結(jié)構(gòu)，纖維素酶可充分對其作用，最終明顯地提高小麥秸稈的酶解糖化效率。隨著酶解反應(yīng)的不斷進(jìn)行，底物減少同時產(chǎn)物反饋抑制增強(qiáng)，導(dǎo)致糖化率略有下降。而未經(jīng)磷酸預(yù)處理的小麥秸稈酶解糖化率很低，在５０ ｍｉｎ時只有２５．４％，且?guī)缀醪浑S時間的改變而變化。

２．６預(yù)處理前、后小麥秸稈結(jié)構(gòu)的變化

預(yù)處理前小麥秸稈表面結(jié)構(gòu)如圖２。由圖３可知，經(jīng)過預(yù)處理后原來秸稈內(nèi)、外表面完整清晰的結(jié)構(gòu)已不復(fù)存在，代之以崩解的不能區(qū)分內(nèi)外表面結(jié)構(gòu)的松散碎片，這說明小麥秸稈中的木質(zhì)素被有效脫除，其結(jié)晶區(qū)已完全轉(zhuǎn)變?yōu)闊o定形區(qū)，小麥秸稈的比表面積也增大了，為后續(xù)的酶解糖化提供了良好的條件。

３小結(jié)

試驗確定的對小麥秸稈預(yù)處理的適宜條件是：顆粒度６０目、固液比１．０∶８．５、溫度７０ ℃、時間１．０ ｈ。在此條件下對小麥秸稈進(jìn)行預(yù)處理后，再酶解 ５０ ｍｉｎ，可使其酶解糖化率從未經(jīng)預(yù)處理的２５．４％提高到７０．３％，經(jīng)預(yù)處理過的小麥秸稈的酶解糖化率顯著提高，且超過常規(guī)的稀酸法預(yù)處理后的酶解糖化率［３］。

電鏡分析圖中預(yù)處理后的小麥秸稈內(nèi)外表面的結(jié)構(gòu)完全崩解成膨松狀的碎片，表明木質(zhì)素保護(hù)層已被破壞，小麥秸稈內(nèi)結(jié)晶區(qū)已完全轉(zhuǎn)變?yōu)闊o定形區(qū)，孔隙度和內(nèi)表面積都增大，從而大大提高了纖維素酶對纖維素的可及性，使酶解糖化率顯著提高。

用磷酸預(yù)處理小麥秸稈不需高溫高壓，在很大程度上降低了能耗，節(jié)約成本。經(jīng)預(yù)處理的小麥秸稈酶解時間短，酶解糖化率高。預(yù)處理回收的磷酸廢液可作為制造磷肥的原料。因此，這是一種能耗低、效果好、利于環(huán)保的預(yù)處理方式，可為小麥秸稈乙醇化工業(yè)提供技術(shù)支持。

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