助劑強(qiáng)化堿預(yù)處理對(duì)玉米秸稈酶解糖化的影響

遲聰聰， 柳　咪， 來(lái)　賢， 陳思拓

(1.陜西科技大學(xué) 輕工科學(xué)與工程學(xué)院 陜西省造紙技術(shù)與特種紙品開(kāi)發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 陜西 西安　710021； 2.齊魯工業(yè)大學(xué) 制漿造紙科學(xué)與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 山東 濟(jì)南　250353； 3.北京印鈔有限公司， 北京　100054)

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助劑強(qiáng)化堿預(yù)處理對(duì)玉米秸稈酶解糖化的影響

遲聰聰1,2， 柳咪1， 來(lái)賢1， 陳思拓3

(1.陜西科技大學(xué) 輕工科學(xué)與工程學(xué)院 陜西省造紙技術(shù)與特種紙品開(kāi)發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 陜西 西安710021； 2.齊魯工業(yè)大學(xué) 制漿造紙科學(xué)與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 山東 濟(jì)南250353； 3.北京印鈔有限公司， 北京100054)

摘要：在前期研究的基礎(chǔ)上，探討了不同助劑強(qiáng)化堿預(yù)處理對(duì)玉米秸稈酶解糖化效果的影響.研究結(jié)果表明，玉米秸稈經(jīng)過(guò)氧化氫(H2O2)或吐溫(Tween)-80強(qiáng)化堿預(yù)處理后，其提取液的固形物含量均隨助劑用量的增加而增加，木糖得率也基本呈上升趨勢(shì)，且預(yù)處理后底物的酶水解糖得率(對(duì)原料總糖)也有不同程度的上升.在一定條件下，助劑用量或堿濃越高，預(yù)處理及酶水解轉(zhuǎn)化過(guò)程的總糖得率越高，對(duì)應(yīng)原料失重也越高.綜合考慮助劑用量、成本及效果等因素，吐溫-80強(qiáng)化堿預(yù)處理效果相對(duì)較好.

關(guān)鍵詞：玉米秸稈; 堿預(yù)處理; 酶解糖化; 過(guò)氧化氫; 吐溫-80

0引言

農(nóng)作物秸稈作為世界上僅次于煤、石油、天然氣的第四大能源，其合理利用直接關(guān)系到農(nóng)業(yè)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展.近些年來(lái)，隨著能源供給矛盾的日益突出以及傳統(tǒng)石化燃料對(duì)環(huán)境污染的加劇，尋找并開(kāi)發(fā)一種可再生的清潔替代能源已是勢(shì)在必行.燃料乙醇以其環(huán)境友好、原料可再生及可持續(xù)利用等特性，正越來(lái)越受到該領(lǐng)域研究者的廣泛關(guān)注[1-4].其中，利用木質(zhì)纖維資源(主要是農(nóng)林廢棄物秸稈)制取燃料乙醇，已成為世界各國(guó)的研究熱點(diǎn)[5].

秸稈向燃料乙醇轉(zhuǎn)化主要包括以下步驟：原料預(yù)處理、酶解、戊糖己糖發(fā)酵及分離純化等[6,7].但由于原料中纖維素、半纖維素和木質(zhì)素以致密的超分子復(fù)合體結(jié)構(gòu)存在，使得纖維素及半纖維素直接酶水解較困難.天然秸稈原料(未經(jīng)預(yù)處理直接進(jìn)行酶解)的纖維素酶水解糖得率一般低于20%.因此，要提高木質(zhì)纖維素的酶解效率，在酶解前必須先破壞木素保護(hù)層并改變纖維素的結(jié)晶結(jié)構(gòu)[8,9].

而常見(jiàn)的預(yù)處理方法有物理法、化學(xué)法和生物法等，其方法和強(qiáng)度直接影響后續(xù)酶解和發(fā)酵過(guò)程.目前，對(duì)秸稈常用的預(yù)處理方法是化學(xué)法，如氨化(尿素、無(wú)水氨、碳酸氫氨、硫酸銨等)、堿化(氫氧化鈉、氫氧化鈣、氫氧化鉀)等[10-12].秦偉軍等[13]的研究結(jié)果表明，堿預(yù)處理玉米芯可除去部分木質(zhì)素及半纖維素，保留纖維素.木素去除越多，纖維素酶越易與底物接觸，酶解效率越高.但在去除大量木素的同時(shí)，有相當(dāng)一部分半纖維素也被堿液溶解，造成碳源損失;趙志剛[14]研究發(fā)現(xiàn)，H2O2預(yù)處理只能溶解少量木素，而纖維素和半纖維素得率均較高.但當(dāng)NaOH與H2O2兩者配合使用時(shí)，溶解木素的能力可以得到很大提升，半纖維素得率比單獨(dú)使用NaOH時(shí)略高，但低于單獨(dú)用H2O2時(shí)的得率，纖維素?fù)p失也很少.這可能因?yàn)榛旌先芤褐械牟糠諲aOH被H2O2中和，減弱了其對(duì)半纖維素的降解溶出能力；黃濤等[15]利用吐溫-80強(qiáng)化堿預(yù)處理稻草秸稈，發(fā)現(xiàn)添加0.1%吐溫-80，可進(jìn)一步降低底物中木質(zhì)素及灰分含量，提高纖維素得率，增強(qiáng)酶解糖化效果.

本研究探討了H2O2及吐溫-80強(qiáng)化堿預(yù)處理對(duì)玉米秸稈預(yù)處理提取液中固形物含量與木糖得率、酶解糖得率及原料失重等的影響.其研究結(jié)果對(duì)于木質(zhì)纖維素轉(zhuǎn)化燃料乙醇具有一定的借鑒意義.

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1實(shí)驗(yàn)原料

玉米秸稈取自西安市馬王鎮(zhèn).風(fēng)干后去除外層葉片、切段、磨粉、篩選，取未通過(guò)40目網(wǎng)篩的玉米秸稈粉作為研究對(duì)象.

1.2儀器及試劑

(1)主要儀器：FZ102型植物粉碎機(jī)，北京中興偉業(yè)儀器有限公司；THZ-82型數(shù)顯水浴恒溫振蕩器，常州博遠(yuǎn)實(shí)驗(yàn)分析儀器廠；飛鴿牌系列KA-1000型離心機(jī)，上海安亭科學(xué)儀器廠；UV752型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，上海佑科儀器儀表有限公司；PHS-3C型 PH計(jì)，上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司.

(2)主要試劑：研究所用氫氧化鈉、過(guò)氧化氫、吐溫-80、硫酸、乙酸、乙酸鈉、鹽酸、間苯三酚及葡萄糖等均為分析純?cè)噭瑢?shí)驗(yàn)所用木糖、纖維素酶Cellic CTec2均為生化試劑.前者購(gòu)自上海伯奧生物科技有限公司，后者由諾維信公司提供，采用3，5-二硝基水楊酸(DNS)法[16]測(cè)其酶活為185 FPU/mL.

1.3實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1堿預(yù)處理

預(yù)處理在恒溫振蕩水浴鍋中進(jìn)行.反應(yīng)條件為:絕干玉米秸稈粉5 g，振蕩轉(zhuǎn)速140 rpm，固液比1∶10(g∶mL)，氫氧化鈉濃度為2%、10%，過(guò)氧化氫用量為0%、1%、2%、3%(或吐溫-80用量為0%、0.1%、0.2%、0.3%)，溫度70 ℃，預(yù)處理反應(yīng)時(shí)間3 h(或6 h).

反應(yīng)結(jié)束后，利用G3砂芯坩堝通過(guò)真空過(guò)濾進(jìn)行固液分離，玉米秸稈粉用去離子水充分洗滌至中性，風(fēng)干備酶水解用，預(yù)處理提取液用于分析還原糖得率及固形物含量(重量法[17]).

1.3.2酶解糖化

將章節(jié)1.3.1所得風(fēng)干底物在恒溫振蕩水浴鍋中進(jìn)行酶水解.酶解條件為:溫度50 ℃，轉(zhuǎn)速180 rpm，反應(yīng)時(shí)間48 h，底物濃度5%，酶用量10 FPU/g絕干底物，乙酸/乙酸鈉緩沖溶液pH為4.8.

酶解完成后，用G3玻璃濾器進(jìn)行固液分離，然后對(duì)酶解液中的生物酶進(jìn)行滅活處理(置于沸水浴中5 min后，在3 500 rpm轉(zhuǎn)速下離心分離5 min)，取上清液待還原糖分析用；酶解殘?jiān)浞窒礈旌?，?jīng)電熱鼓風(fēng)干燥箱烘干，計(jì)算預(yù)處理及酶解過(guò)程玉米秸稈粉失重，其具體計(jì)算方法如式(1)：

(1)

1.3.3還原糖分析

利用紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)分析酶解液及預(yù)處理提取液中的五碳糖(主要是木糖)及六碳糖(主要為葡萄糖)，具體方法見(jiàn)參考文獻(xiàn)[18].提取液的還原糖得率y1及酶解還原糖得率y2的計(jì)算方法如式(2)～(3)：

(2)

(3)

1.3.4原料中還原糖分析

將經(jīng)苯醇抽提后的玉米秸稈粉試樣進(jìn)行兩步酸水解.先用72% H2SO4在常溫下處理2.5 h，然后用去離子水稀釋至3% H2SO4，連續(xù)煮沸4 h(期間適時(shí)補(bǔ)充去離子水)[17].反應(yīng)結(jié)束后，固液分離，按照章節(jié)1.3.3分析濾液中五碳糖與六碳糖，兩者之和即為原料中總還原糖含量.

2結(jié)果與討論

2.1助劑對(duì)堿預(yù)處理提取液的影響

2.1.1H2O2

玉米秸稈粉在不同條件下經(jīng)H2O2強(qiáng)化堿預(yù)處理后，其提取液中溶出大量半纖維素及降解產(chǎn)物、木質(zhì)素與抽出物等，這些溶出物直接影響提取液中的固形物含量.一般來(lái)說(shuō)，草類原料中的半纖維素種類主要是聚木糖，試樣經(jīng)進(jìn)一步水解，其主要產(chǎn)物為木糖[17].

圖1為玉米秸稈粉在不同條件下進(jìn)行H2O2強(qiáng)化堿預(yù)處理的結(jié)果.由圖1可知，預(yù)處理提取液的固含量及木糖得率均隨過(guò)氧化氫用量的增加呈現(xiàn)遞增趨勢(shì).這是因?yàn)樵趬A性條件下，H2O2可以更有效地氧化降解木質(zhì)素，并且半纖維素也會(huì)發(fā)生一定程度的水解并溶出小分子碎片.已有文獻(xiàn)報(bào)道，H2O2在堿性環(huán)境中會(huì)電離產(chǎn)生過(guò)氧根離子.雖然過(guò)氧根離子的氧化能力遠(yuǎn)不如H2O2，但它對(duì)親電中心具有更高的反應(yīng)活性，可以更有效地氧化降解木質(zhì)素.確切地說(shuō)，H2O2只會(huì)與木質(zhì)素降解產(chǎn)生的酚類化合物發(fā)生作用使其降解，而對(duì)纖維素幾乎無(wú)影響[14].

在預(yù)處理過(guò)程中，NaOH也會(huì)使纖維素產(chǎn)生明顯潤(rùn)脹，降低纖維素結(jié)晶度，且通過(guò)脫除木質(zhì)素及降解半纖維素來(lái)提高酶解的有效接觸面積，從而提高酶的可及度[19].提取液的糖類組分分析結(jié)果表明，其主要成分為木糖，幾乎不含葡萄糖，這是因?yàn)閴A可以有效脫除玉米秸稈結(jié)構(gòu)中的乙?；瑥亩欣诎肜w維素的降解.由圖1(b)可以看出，在本研究的H2O2用量范圍內(nèi)，當(dāng)其用量為3%時(shí)，木糖得率最高為26.05%.

進(jìn)一步分析圖1中的曲線還可以得知，當(dāng)堿濃為2%時(shí)，預(yù)處理時(shí)間6 h與3 h相比，其提取液中固含量及木糖得率均較高，并且增長(zhǎng)幅度隨H2O2用量的增加越來(lái)越明顯.這一現(xiàn)象表明，在70 ℃下預(yù)處理3 h，H2O2并未分解完全，繼續(xù)延長(zhǎng)時(shí)間可進(jìn)一步強(qiáng)化堿預(yù)處理促進(jìn)木素等降解溶出.當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為6 h時(shí)，堿濃10%的固含量及木糖得率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于堿濃2%，這一現(xiàn)象說(shuō)明堿濃的影響較顯著.

(a)提取液固含量

(b)提取液中總還原糖木糖得率=預(yù)處理提取液中木糖/原料中總糖；固含量=預(yù)處理提取液中固形物/原料絕干重.下同.圖1　H2O2強(qiáng)化堿預(yù)處理對(duì)提取液的影響

2.1.2吐溫-80

作為非離子表面活性劑，吐溫-80可用于酶水解過(guò)程，通過(guò)降低木質(zhì)素對(duì)纖維素酶的無(wú)效吸附，從而增加纖維素酶與底物的接觸，進(jìn)而達(dá)到提高酶解效率的目的.本研究將吐溫-80作為助劑應(yīng)用到堿預(yù)處理過(guò)程，主要是因?yàn)樗軌蛟鰪?qiáng)玉米秸稈粉的潤(rùn)濕性，使堿液更容易滲透其中，從而進(jìn)一步促進(jìn)了木質(zhì)素的降解[20].吐溫-80強(qiáng)化堿預(yù)處理促進(jìn)酶解糖化的結(jié)果見(jiàn)圖2所示.

由圖2可知，提取液固含量與木糖得率隨吐溫用量的變化趨勢(shì)與圖1中加入過(guò)氧化氫相類似，但當(dāng)堿濃為2%時(shí)，反應(yīng)時(shí)間由3 h延長(zhǎng)至6 h，其固含量與木糖得率無(wú)顯著、規(guī)律性差異.圖2(a)表明，在一定范圍內(nèi)，當(dāng)堿濃、溫度及預(yù)處理時(shí)間一定時(shí)，預(yù)處理提取液中的固含量(不包含堿)隨吐溫用量的增加而增加，這是因?yàn)榉请x子表面活性劑吐溫-80同時(shí)具有親水和疏水特性，預(yù)處理過(guò)程能夠有效降低溶液的表面張力，潤(rùn)濕玉米秸稈表面，使得堿液更容易滲透，且表面活性劑還可以有效地從木質(zhì)素表面分離疏水性降解產(chǎn)物，對(duì)木質(zhì)素降解產(chǎn)生增溶作用[21,22]，從而達(dá)到提高木聚糖反應(yīng)活性的目的；由圖2(b)可以得出，當(dāng)吐溫用量為0.3%時(shí)，預(yù)處理提取液中的木糖得率最高為25.98%.與過(guò)氧化氫類似，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為6 h時(shí)，堿濃2%的木糖得率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于堿濃10%.

(a)提取液固含量

(b)提取液中總還原糖圖2　吐溫-80強(qiáng)化堿預(yù)處理對(duì)提取液的影響

2.2助劑用量對(duì)還原糖得率的影響

2.2.1H2O2

圖3與圖4分別顯示H2O2用量對(duì)原料失重及還原糖得率的影響.通過(guò)比較圖3與圖4(b)得知，兩者變化趨勢(shì)大體一致.由圖3可知，原料失重隨H2O2用量的增加而增加，最高達(dá)99.44%.堿濃的影響較顯著，在其它條件相同時(shí)，堿濃10%較2%其失重增加了6個(gè)百分點(diǎn)左右.從圖3還可發(fā)現(xiàn)，當(dāng)堿濃2%時(shí)，總體呈現(xiàn)預(yù)處理時(shí)間6 h較3 h的原料失重高，但H2O2用量為3%時(shí)除外.這一方面可能與實(shí)驗(yàn)誤差有關(guān)，另一方面可能由于反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)導(dǎo)致降解溶出物重新沉積到固形物表面，后者有待進(jìn)一步研究驗(yàn)證.

圖4(a)結(jié)果表明，在一定條件下，酶解總糖得率隨H2O2用量的增加而增加，這是因?yàn)轭A(yù)處理過(guò)程中較高的過(guò)氧化氫用量更有利于木質(zhì)素的脫除及半纖維素的降解，使酶解底物的總表面積增加，從而更有利于纖維素酶可及度的提高；由圖4(b)可知，預(yù)處理及酶水解過(guò)程所得總糖得率之和也隨H2O2用量的增加而增加，最高得率達(dá)80.64%.此外，當(dāng)堿濃10%時(shí)，過(guò)氧化氫用量較低(1%～2%)或H2O2/NaOH比較低時(shí)對(duì)總糖得率的影響相對(duì)不顯著，但當(dāng)H2O2用量增至3%時(shí)，總糖得率有明顯提高.這表明在過(guò)氧化氫強(qiáng)化堿預(yù)處理過(guò)程中，需要適當(dāng)提高H2O2與NaOH的比例，這與堿性過(guò)氧化氫漂白相類似.

圖3　H2O2用量對(duì)原料失重的影響

(a)酶解總糖

(b)預(yù)處理提取液及酶解液總糖圖4　H2O2用量對(duì)總糖得率的影響

2.2.2吐溫-80

吐溫-80用量對(duì)原料失重及提取液與酶解液中總還原糖得率的影響分別如圖5、圖6所示.對(duì)比分析圖5與圖6(b)得知，與章節(jié)2.2.1所述類似，兩者變化趨勢(shì)基本一致.圖5中的曲線顯示，吐溫用量對(duì)原料失重具有較顯著影響，原料失重隨吐溫-80用量的增加而增加，最高可達(dá)98.91%.同時(shí)，堿濃的影響也較顯著，堿濃10%較2%其失重增加了6個(gè)百分點(diǎn)左右.

由圖6可知，與章節(jié)2.2.1所述H2O2的強(qiáng)化效果類似，酶解總糖得率隨吐溫-80用量的增加基本呈上升趨勢(shì)；預(yù)處理及酶水解過(guò)程總糖得率之和隨著吐溫用量的增加呈上升趨勢(shì)，其值可高達(dá)80.89%.圖6(b)顯示，當(dāng)堿濃為10%時(shí)，添加吐溫用量(0.1%～0.2%)較低時(shí)對(duì)總糖得率無(wú)顯著影響；而堿濃為2%時(shí)，總糖得率隨吐溫用量的增加明顯提高.這說(shuō)明在吐溫-80強(qiáng)化堿預(yù)處理過(guò)程中，適當(dāng)降低NaOH與吐溫-80的比例有利于總糖得率的提高.此外，當(dāng)堿濃為2%時(shí)，反應(yīng)時(shí)間3 h與6 h條件下所對(duì)應(yīng)的預(yù)處理及酶水解總糖得率之和較為接近.

圖5　吐溫-80用量對(duì)原料失重的影響

(a)酶解總糖

(b)預(yù)處理提取液及酶解液總糖圖6　吐溫-80用量對(duì)總糖得率的影響

2.3兩種助劑效果的比較

為比較兩種不同助劑強(qiáng)化堿預(yù)處理的效果及其對(duì)酶水解的影響，在一定預(yù)處理?xiàng)l件下(堿濃10%、液比1∶10、溫度70 ℃、時(shí)間6 h)以不添加任何助劑作為對(duì)照，與相同條件下添加過(guò)氧化氫(用量3%)或吐溫-80(用量0.3%)的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，其結(jié)果如表1所示.

由表1數(shù)據(jù)可知，添加助劑過(guò)氧化氫或吐溫-80后，預(yù)處理提取液與酶解液總糖得率之和提高了4個(gè)百分點(diǎn)左右(由76.65%提高至80.64%/80.89%)，其中預(yù)處理總糖得率提高了1個(gè)百分點(diǎn)，而酶解總糖得率提高了3個(gè)百分點(diǎn).

比較兩種不同助劑的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可發(fā)現(xiàn)H2O2用量3%與吐溫-80用量0.3%強(qiáng)化堿預(yù)處理并酶水解后的總糖得率相近，兩者均為80%左右.其中，后者比前者僅高出0.25個(gè)百分點(diǎn).綜合總糖得率及兩種助劑的用量與成本(按實(shí)驗(yàn)室所購(gòu)買試劑價(jià)格折算：H2O2約40元/kg，吐溫-80約36元/kg)進(jìn)行分析，可得出：吐溫-80強(qiáng)化堿預(yù)處理效果相對(duì)較好.

表1　總糖得率對(duì)比分析

注：其它相同條件為溫度70 ℃、時(shí)間6 h、堿濃10%、液比1∶10

3結(jié)論

(1)玉米秸稈粉經(jīng)H2O2強(qiáng)化堿預(yù)處理過(guò)程中，當(dāng)堿濃、溫度及反應(yīng)時(shí)間一定時(shí)，預(yù)處理提取液的固含量及木糖得率均隨H2O2用量(0%～3%)的增加而增加，木糖得率最高達(dá)26.05%.在一定范圍內(nèi)，相對(duì)較高堿濃有助于固含量及木糖得率的提高.同時(shí)，預(yù)處理底物的酶解糖得率也隨H2O2用量(0%～3%)的增加而增加，其最高可達(dá)65.60%(對(duì)原料總糖).

(2)吐溫-80強(qiáng)化堿預(yù)處理玉米秸稈粉時(shí)，在一定范圍內(nèi)，其提取液固含量及木糖得率均隨吐溫用量(0%～0.3%)的增加而增加.當(dāng)預(yù)處理?xiàng)l件為堿濃10%、液比1∶10、吐溫-80用量0.3%、溫度70 ℃、反應(yīng)時(shí)間6 h時(shí)，木糖得率最高達(dá)25.98%，此時(shí)提取液固含量最高為49.30%，酶解糖得率最高為64.38%(對(duì)原料總糖)，較未添加吐溫時(shí)提高了10個(gè)百分點(diǎn)左右.

(3)在一定范圍內(nèi)，H2O2或吐溫-80用量越高，總糖得率越高，其對(duì)應(yīng)失重也越高，最高總糖得率均在80%左右，較未添加任何助劑時(shí)提高了4個(gè)百分點(diǎn)左右.此外，堿濃對(duì)總糖得率的影響也較顯著.綜合不同助劑的用量、成本及酶解效果，吐溫-80強(qiáng)化堿預(yù)處理效果相對(duì)較好.

參考文獻(xiàn)

[1] Gray K,Zhao L,Emptage M.Bioethanol[J].Current Opinion in Chemical Biology,2006,10(2):141-146.

[2] Zaldivar J,Nielsen J,Olsson L.Fuel ethanol production from lignocellulose:A challenge for metabolic engineering and process integration[J].Applied and Microbiology biotechnology,2001,56(1-2):17-34.

[3] 趙曉玲.生物質(zhì)精練技術(shù)和生物質(zhì)能源創(chuàng)新[J].中國(guó)造紙,2012,31(12):51-53.

[4] 柳咪，遲聰聰，龔亞輝，等.木質(zhì)纖維素酶水解分形動(dòng)力學(xué)的研究進(jìn)展[J].中國(guó)造紙,2015,34(8):62-67.

[5] Kadam K L,Mcmillan J D.Availability of corn stover as a sustainable feedstock for bioethanol production[J].Bioresource Technology,2003,88(1):17-25.

[6] Lee J.Biological conversion of lignocellulosic biomass to ethanol[J].Journal of Biotechnology,1997,56(1):1-24.

[7] 遲聰聰，柳咪，龔亞輝，等.堿預(yù)處理對(duì)玉米秸稈酶解效果的影響[J].陜西科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2015,33(5):13-18.

[8] Yang Xuexia,Chen Hongzhang,Gao Hongliang,et al.Bioconversion of corn straw by coupling ensiling and solid state fermentation[J].Bioresource Technology,2001,78(3):277-280.

[9] Pedersen M,Nielsen A V,Meyer A S.Monosaccharide yields and lignin removal from wheat straw in response to catalyst type and PH during mild thermal pretreatment[J].Process Biochemistry, 2010, 45(7): 1 181-1 186.

[10] Alvira P,Tomas P E,Ballesteros M,et al.Pretreatment technologies for an efficient bioethanol production process based on enzymatic hydrolysis:A review[J].Bioresource Technology,2010,101(13):4 851-4 861.

[11] Lissens G,Thomsen A B,Baere L D,et al.Thermal wet oxidation improves anaerobic biodegradability of raw and digested biowaste[J].Environmental Science and Technology,2004,38(12):3 418-3 424.

[12] 任廣躍，毛志懷，李棟.秸稈飼用處理及其有效利用的研究進(jìn)展[J].糧食與飼料工業(yè),2004(7):29-30.

[13] 秦偉軍，陳葉福，趙換英，等.玉米芯堿液預(yù)處理?xiàng)l件優(yōu)化[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2010,26(4):248-253.

[14] 趙志剛.木質(zhì)纖維素原料預(yù)處理及酶解的研究[D].山西:太原理工大學(xué),2007.

[15] 黃濤，程康華，王傳槐.吐溫-80及堿預(yù)處理對(duì)飼用稻草木質(zhì)素含量和纖維素酶解產(chǎn)糖的影響[J].纖維素科學(xué)與技術(shù),2011,19(2):52-58.

[16] Ghose T.Measurement of cellulase activities[J].Pure and Applied Chemisty,1987,58(2):257-268.

[17] 石淑蘭，何福望.制漿造紙分析與檢測(cè)[M].北京:中國(guó)輕工業(yè)出版社,2008.

[18] Congcong Chi,Houming Chang,Zhijian Li,et al.A method for rapid determination of sugars from lignocellulose prehydrolyzate[J].Bioresources,2013,8(1):172-181.

[19] 王金霞，劉溫霞.纖維素的化學(xué)改性[J].紙和造紙,2011,30(8):31-37.

[20] 王東，黃濤，程康華，等.稻草秸稈堿預(yù)處理及酶解糖化研究[J].飼料研究, 2011(4): 38-41.

[21] Qing Q,Yang B,Wyman C E.Impact of surfactants on pretreatment of corn stover[J].Bioresource Technology,2010,101(15):5 941-5 951.

[22] Escalante M,Malaver A J R,Araujo E,et al.Effect of surfactants on fenton′s reagentmediated degradation of kraft black liquor[J].Journal of Environmental Biology,2005,26(4):709-718.

【責(zé)任編輯：晏如松】

Effects of alkaline pretreatment enhanced by additives on the enzymatic saccharification of corn straw

CHI Cong-cong1,2， LIU Mi1， LAI Xian1， CHEN Si-tuo3

(1.College of Light Industry Science and Engineering, Shaanxi Province Key Laboratory of Papermaking Technology and Specialty Paper, Shaanxi University of Science & Technology, Xi′an 710021, China; 2.Key Laboratory of Pulp and Paper Science & Technology of Ministry of Education, Qilu University of Technology, Jinan 250353, China; 3.Beijing Banknote Printing Co., Ltd., Beijing 100054, China)

Abstract:The effects of alkaline pretreatment enhanced by additives on the enzymatic saccharification of corn straw were analyzed based on previous study.Results show that the solid content in the extract is higher for higher additive dosage,while the variation trend of xylose yield is increased for the alkaline pretreatment enhanced by two additives,H2O2 or Tween-80.The sugars yield (based on the total carbohydrates in raw materials) of pretreated substrate shows different degree of rise after enzymatic hydrolysis.Under certain conditions,the total reducing sugar yield and weight loss are higher for higher additive dosage or alkali concentration.Finally considering all factors,including the additive dosage,the cost, the efficiency of enzyme hydrolysis and so on,the pretreatment of NaOH+Tween-80 exhibits a relatively better effect.

Key words:corn straw; alkaline pretreatment; enzymatic saccharification; H2O2; Tween-80

中圖分類號(hào)：TQ353

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1000-5811(2016)03-0022-06

作者簡(jiǎn)介:遲聰聰(1981-)，女，山東青島人，講師，博士，研究方向：木質(zhì)纖維資源綜合利用及功能材料轉(zhuǎn)化

基金項(xiàng)目：陜西省科技廳自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計(jì)劃青年人才項(xiàng)目(2015JQ3077)； 教育部高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金項(xiàng)目(20126125120002)； 齊魯工業(yè)大學(xué)制漿造紙科學(xué)與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金項(xiàng)目(KF201401)； 陜西科技大學(xué)博士科研啟動(dòng)基金項(xiàng)目(BJ11-18)

收稿日期:2016-02-03