過(guò)氧化氫-乙酸聯(lián)合預(yù)處理對(duì)甘蔗渣酶解和發(fā)酵的影響

孟繁陽(yáng)， 李 寧， 史正軍,2， 楊海艷,2， 趙 平,2, 楊 靜,2*

(1.西南林業(yè)大學(xué) 化學(xué)工程學(xué)院，云南 昆明 650224； 2.云南省高校特色林木生物質(zhì)資源化學(xué)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；西南林業(yè)大學(xué),云南 昆明 650224)

生物質(zhì)作為一種綠色、可再生的資源，蘊(yùn)含著豐富的生物質(zhì)能，經(jīng)過(guò)熱解、化學(xué)和物理法等處理方式可以將其轉(zhuǎn)變?yōu)楦吒郊又档木G色能源和生物基材料[1]，是石油資源的優(yōu)良替代品。甘蔗屬于禾本科植物，我國(guó)甘蔗產(chǎn)量豐富，年產(chǎn)量約為7 000萬(wàn)噸，榨汁后的甘蔗渣屬于農(nóng)林廢棄物，直接燃燒或丟棄不僅污染環(huán)境，也會(huì)造成資源的浪費(fèi)，其中的生物質(zhì)能如何合理、高效地利用對(duì)于改善我國(guó)能源結(jié)構(gòu)具有很高的研究?jī)r(jià)值[2]。木質(zhì)纖維生物質(zhì)主要由纖維素、半纖維素、木質(zhì)素以及少量的果膠組成，其主要成分之間相互交聯(lián)形成了致密的天然抗降解屏障，這些屏障阻礙了纖維素酶對(duì)碳水化合物的可及性，使生物質(zhì)難以被化學(xué)或生物利用。生物質(zhì)經(jīng)過(guò)物理法、化學(xué)法、物理化學(xué)法和生物法等預(yù)處理可以減輕或消除這些屏障的影響，增加酶對(duì)碳水化合物的可及性，提高生物質(zhì)的化學(xué)或生物的利用效率[3-5]。本研究采用過(guò)氧化氫和乙酸(H2O2-HAc)在濃硫酸催化作用下產(chǎn)生過(guò)氧乙酸，并對(duì)甘蔗渣進(jìn)行過(guò)氧化氫-乙酸聯(lián)合預(yù)處理(HPAC)，分別考察溫度和過(guò)氧化氫濃度對(duì)甘蔗渣酶水解效率和乙醇發(fā)酵得率的影響，以及甘蔗渣表面結(jié)構(gòu)特征的變化，探索農(nóng)林廢棄物預(yù)處理及高效酶解的工藝和模式，為生物質(zhì)煉制燃料乙醇和糖基化合物的研究提供可借鑒的思路和理論依據(jù)。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 材料和試劑

甘蔗渣(SCB)由云南省德宏州英茂糖業(yè)有限公司提供，粉碎至0.250～0.380 mm，備用。纖維素酶(Cellic CTec2)由上海Sigma-Aldrich提供，濾紙酶活為250 FPU/mL。酵母，購(gòu)自宜昌安琪酵母股份有限公司。

過(guò)氧化氫(質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%)，乙酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)99%)，濃硫酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%)，均為市售分析純。檸檬酸緩沖溶液(pH值為4.45)，稀釋20倍pH值為4.8。葡萄糖，購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；考馬斯亮藍(lán)，購(gòu)自廣州市賽國(guó)生物科技有限責(zé)任公司；孟加拉玫瑰紅，購(gòu)自上海阿拉丁生化科技股份有限公司；直接紅，購(gòu)自成都市科隆化學(xué)品有限公司；酵母提取物，購(gòu)自北京奧博星生物技術(shù)有限責(zé)任公司。

TU-1901紫外分光光度計(jì)，北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；Thermo SCIENTIFIC K-Alpha能譜儀，美國(guó)Thermo Fisher Scientific公司；Zeiss Sigma 300發(fā)射電子顯微鏡，德國(guó)Carl-Zeiss-Stiftung公司；Agilent 1260高效液相色譜儀，美國(guó)Agilent公司。

1.2 甘蔗渣的預(yù)處理

1.2.1過(guò)氧化氫預(yù)處理 20 g甘蔗渣與300 mL的過(guò)氧化氫(30%)充分混合，在70 ℃反應(yīng)2 h，待冷卻后，用蒸餾水沖洗至中性，40 ℃烘箱烘干，備用，命名為HP/70-SCB。

1.2.2乙酸預(yù)處理 20 g甘蔗渣與300 mL的乙酸(99%)充分混合，在70 ℃反應(yīng)2 h，待冷卻后，用蒸餾水沖洗至中性，40 ℃烘箱烘干，備用，命名為AC/70-SCB。

1.2.3過(guò)氧化氫-乙酸聯(lián)合預(yù)處理 將同等體積的過(guò)氧化氫和乙酸混合，加入0.5%(體積分?jǐn)?shù)，以過(guò)氧化氫和乙酸的總體積計(jì))的濃硫酸作為催化劑。20 g甘蔗渣與300 mL的上述混合液充分混合，在30、 50、 70 ℃反應(yīng)2 h，按照溫度的不同分別命名為HPAC/30-SCB、HPAC/50-SCB、HPAC/70-SCB。將過(guò)氧化氫的濃度降低為原來(lái)的1/2，與同等體積的乙酸混合，再加入0.5%的濃硫酸(同上)，在70 ℃反應(yīng)2 h，待冷卻后，用蒸餾水沖洗至中性，40 ℃烘箱烘干，備用，命名為HPAC/70-SCB- 0.5。

1.3 預(yù)處理甘蔗渣的酶水解和發(fā)酵

1.3.1預(yù)處理甘蔗渣的酶水解 取適量底物(預(yù)處理后的甘蔗渣，質(zhì)量濃度0.05 g/mL)，和纖維素酶5 FPIU/g(基于底物)加入50 mL的錐形瓶中，加入適量的檸檬酸緩沖溶液使反應(yīng)體系(20 mL)的pH值為4.8，在50 ℃、 150 r/min反應(yīng)72 h，酶水解過(guò)程中定時(shí)取樣用以測(cè)定酶解過(guò)程中的還原糖濃度以及上清液中的酶蛋白質(zhì)含量[6]。待反應(yīng)結(jié)束后，固液分離，酶水解上清液放置于4 ℃冰箱，用于發(fā)酵產(chǎn)乙醇。

1.3.2甘蔗渣水解液的發(fā)酵 將葡萄糖(0.05 g/mL)和酵母提取物(0.1 g/mL)混合，加入0.216 g酵母，制備成8 mL的酵母溶液，35 ℃活化30 min。取酶水解上清液4 mL與0.5 mL的酵母溶液混合，并放置于35 ℃培養(yǎng)箱中發(fā)酵24 h[7]。

1.4 分析與表征

1.4.1甘蔗渣化學(xué)成分測(cè)定 原料及預(yù)處理甘蔗渣的主要成分測(cè)定方法參考GB/T 36058—2018[8]。

1.4.2酶解上清液蛋白質(zhì)濃度測(cè)定 采用Bradford法測(cè)定酶解上清液中的纖維素酶蛋白質(zhì)濃度[9]。取2 mL考馬斯亮藍(lán)溶液與0.1 mL水解上清液混合，5 min后反應(yīng)達(dá)到穩(wěn)定，用紫外分光光度計(jì)在595 nm處測(cè)定吸光值，制作蛋白質(zhì)與吸光值的標(biāo)準(zhǔn)曲線，根據(jù)吸光值確定蛋白質(zhì)濃度。

1.4.3疏水度測(cè)定 按文獻(xiàn)[10]用玫瑰紅法測(cè)定甘蔗渣的疏水度。具體操作如下：分別取不同質(zhì)量(0、 0.04、 0.08、 0.12、 0.16、 0.20 g)預(yù)處理的甘蔗渣與5 mL玫瑰紅染液混合，在50 ℃、 150 r/min反應(yīng)2 h，離心，取上清液于543 nm處測(cè)定吸光值，確定吸附的染液質(zhì)量和分割熵(PQ，吸附染料與殘余染料之比)。以物料在染液中的濃度為橫坐標(biāo)，PQ值為縱坐標(biāo)，進(jìn)行線性擬合，所得斜率即為底物的疏水度。

1.4.4酶可及度測(cè)定 采用直接紅法測(cè)定甘蔗渣的酶可及度[11]。操作如下：取0.2 g預(yù)處理的甘蔗渣與20 mL不同質(zhì)量濃度(0、 0.05、 0.1、 0.5、 1.0、 2.0、 3.0、 4.0 g/L)的直接紅染液混合，在50 ℃、 150 r/min反應(yīng)24 h。離心后取上清液于498 nm處測(cè)定染液吸光值，計(jì)算吸附的染料質(zhì)量，使用Langmuir等溫吸附曲線進(jìn)行非線性擬合，確定底物的酶可及度。

1.4.5XPS分析 采用Thermo SCIENTIFIC K-Alpha能譜儀，X射線能量1 486.8 eV，測(cè)試電壓15 kV，在真空2×10-7Pa下測(cè)定樣品的X射線能譜。木質(zhì)素和碳水化合物的表面覆蓋率(S)根據(jù)氧碳比(氧原子與碳原子的個(gè)數(shù)比)求得，其計(jì)算公式如下：

SL=(O/C0-O/CC)/(O/CL-O/CC)

(1)

SC=1-SL

(2)

式中：SL—木質(zhì)素的表面覆蓋率,%；SC—碳水化合物的表面覆蓋率,%；O/C0—底物的氧碳比；O/CL—木質(zhì)素的氧碳比，0.33；O/CC—碳水化合物的氧碳比，0.83。

1.4.6掃描電鏡分析 采用Zeiss Sigma 300發(fā)射電子顯微鏡觀察分析樣品的表面特征，噴金處理，加速電壓為10.00 kV，探測(cè)器為InLens，工作距離為7.0 mm，放大倍數(shù)為5 000倍。

1.4.7水解液中還原糖和乙醇的測(cè)定 酶水解上清液和發(fā)酵液通過(guò)高效液相色譜儀(Agilent 1260)測(cè)定其中的還原糖含量和乙醇濃度，分析柱為Aminex HPX-87H(300 mm×7.8 mm，9 μm)，流動(dòng)相是0.005 mol/L的硫酸，流速為0.6 mL/min，柱溫是55 ℃，在示差折光檢測(cè)器(RI)上進(jìn)行檢測(cè)。葡萄糖、木糖和乙醇得率的計(jì)算公式如下[12]：

Y1=(C1×0.9×0.02)/(m×ω1)×100%

(3)

Y2=(C2×0.88×0.02)/(m×ω2)×100%

(4)

Y3=C3/(C4×0.51)×100%

(5)

式中：Y1—葡萄糖的得率，%；C1—水解液中葡萄糖質(zhì)量濃度，g/L； 0.9—纖維素和葡萄糖的轉(zhuǎn)化系數(shù)； 0.02—水解液的體積，L；m—底物的質(zhì)量，g；ω1—底物中纖維素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；Y2—木糖得率，%；C2—水解液中木糖質(zhì)量濃度，g/L； 0.88—半纖維素和木糖的轉(zhuǎn)化系數(shù)；ω2—底物中半纖維素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；Y3—乙醇得率，%；C3—發(fā)酵液中乙醇的質(zhì)量濃度，g/L；C4—發(fā)酵液中葡萄糖的初始質(zhì)量濃度，g/L； 0.51—葡萄糖轉(zhuǎn)化為乙醇的理論系數(shù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 過(guò)氧化氫-乙酸聯(lián)合預(yù)處理對(duì)甘蔗渣化學(xué)組分和表面結(jié)構(gòu)特征的影響

2.1.1化學(xué)成分 預(yù)處理后的甘蔗渣化學(xué)組分變化如表1所示。原料甘蔗渣中含纖維素(以葡聚糖表示)、半纖維素(以木聚糖表示)和木質(zhì)素分別為49.02%、 22.78%和24.38%。過(guò)氧化氫(HP)單獨(dú)預(yù)處理和乙酸(AC)單獨(dú)預(yù)處理對(duì)甘蔗渣的纖維素和半纖維素沒有明顯影響，降低了木質(zhì)素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，木質(zhì)素從原料的24.38%降低至23.57%(HP預(yù)處理)和20.65%(AC預(yù)處理)，降低了3.3%～15%。然而，經(jīng)過(guò)氧化氫-乙酸聯(lián)合預(yù)處理后，盡管半纖維素含量沒有明顯的變化，但木質(zhì)素含量明顯減少。當(dāng)預(yù)處理溫度從30 ℃升高到70 ℃時(shí)，HPAC/30-SCB、HPAC/50-SCB和HPAC/70-SCB含木質(zhì)素分別為17.58%、 9.76%和2.58%，與原料(24.38%)相比降低了27.89%、 59.96%和89.42%，尤其是HPAC/70-SCB，其木質(zhì)素脫除率達(dá)到95.30%，同時(shí)91.40%的纖維素被保留在預(yù)處理底物中，將有利于后續(xù)的酶解糖化過(guò)程。

表1 HPAC預(yù)處理前后甘蔗渣各組分變化及木質(zhì)素脫除率

此外，當(dāng)過(guò)氧化氫的濃度降低至原來(lái)的1/2，即過(guò)氧化氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%時(shí)，配制成過(guò)氧化氫-乙酸溶液，在70 ℃預(yù)處理?xiàng)l件下，甘蔗渣中90.10%的纖維素被保留，HPAC/70-SCB- 0.5含纖維素為62.74%，木質(zhì)素脫除率為88.85%。與相同預(yù)處理?xiàng)l件下30%過(guò)氧化氫預(yù)處理相比較，木質(zhì)素的脫除率減少了6.77%，這主要是因?yàn)檫^(guò)氧化氫濃度的降低導(dǎo)致過(guò)氧乙酸的濃度降低，預(yù)處理程度減緩。過(guò)氧化氫與乙酸在濃硫酸的催化下生成過(guò)氧乙酸，在酸性介質(zhì)中產(chǎn)生的親電的OH+對(duì)木質(zhì)素上的烯烴基、羰基、芳香環(huán)結(jié)構(gòu)具有較高的反應(yīng)活性，從而導(dǎo)致了木質(zhì)素的降解，而纖維素中的醇羥基對(duì)OH+的反應(yīng)活性較低，因而僅有少量纖維素被脫除[13]。

2.1.2表面特征 用XPS分析甘蔗渣預(yù)處理前后表面化學(xué)特征的變化情況，結(jié)果見表2。從表2中可以看出，原料甘蔗渣(SCB)的氧碳比和木質(zhì)素表面覆蓋率分別為0.50和66%，說(shuō)明原料表面存在大量的木質(zhì)素[14]；經(jīng)單獨(dú)過(guò)氧化氫預(yù)處理后的甘蔗渣(HP/70-SCB)的氧碳比提高至0.67，木質(zhì)素表面覆蓋率降低至32%，說(shuō)明表面的木質(zhì)素被部分脫除；經(jīng)單獨(dú)乙酸預(yù)處理的甘蔗渣(AC/70-SCB)的氧碳比和木質(zhì)素覆蓋率沒有明顯變化；而經(jīng)過(guò)氧化氫-乙酸聯(lián)合預(yù)處理后的甘蔗渣(HPAC/70-SCB- 0.5)的氧碳比增加至0.72，木質(zhì)素表面覆蓋率降低至22%，木質(zhì)素表面覆蓋率與單獨(dú)過(guò)氧化氫和單獨(dú)乙酸預(yù)處理相比分別降低了31.25%和66.67%，說(shuō)明HPAC/70-SCB- 0.5表面大量木質(zhì)素被脫除，并暴露出更多的碳水化合物，因此具有較高的酶可及度和較低的疏水度[15]。

表2 HPAC預(yù)處理前后甘蔗渣的氧碳比、表面覆蓋率及C1s譜圖

2.1.3SEM分析 圖1為甘蔗渣預(yù)處理前后的表面微觀形貌。如圖所示，未經(jīng)處理的甘蔗渣原料表面光滑、結(jié)構(gòu)緊密，這意味著酶難以進(jìn)入甘蔗渣內(nèi)部，導(dǎo)致水解得率低；而經(jīng)單獨(dú)過(guò)氧化氫或乙酸處理后，甘蔗渣表面一定程度被破壞，結(jié)構(gòu)發(fā)生斷裂，開始出現(xiàn)孔隙。但是經(jīng)過(guò)氧化氫-乙酸聯(lián)合預(yù)處理后，由于木質(zhì)素的大量溶解，甘蔗渣表面出現(xiàn)孔隙率增加，比表面積增大，與纖維素酶的接觸位點(diǎn)增多，這將會(huì)使酶可及度明顯增加。

a.SCB; b.HP/70-SCB; c.AC/70-SCB; d.HPAC/70-SCB- 0.5

2.1.4疏水度和酶可及度 甘蔗渣預(yù)處理前后的疏水度和酶可及度變化如表3所示。由表可知，原料甘蔗渣的疏水度和酶可及度分別為0.173 L/g和63.34 mg/g，經(jīng)單獨(dú)過(guò)氧化氫或乙酸預(yù)處理的甘蔗渣疏水度和酶可及度變化不明顯。然而，當(dāng)采用過(guò)氧化氫-乙酸聯(lián)合處理后，隨著預(yù)處理溫度的升高，底物疏水度呈下降趨勢(shì)，而酶可及度呈上升的趨勢(shì)，如HPAC/70-SCB的疏水度和酶可及度分別為0.067 L/g和84.54 mg/g，疏水度比HP/70-SCB和AC/70-SCB分別降低了57.86%和60.36%，酶可及分別度增加了45.58%和38.01%，這主要是因?yàn)槟举|(zhì)素的大量脫除導(dǎo)致底物的親水性增加，使底物更易于參與直接紅染料的吸附。此外，當(dāng)過(guò)氧化氫濃度降低至原來(lái)的1/2，預(yù)處理底物(HPAC/70-SCB- 0.5)的疏水度和酶可及度與HPAC/70-SCB相比變化不大，分別是0.067 L/g和80.30 mg/g，疏水度比HP/70-SCB和AC/70-SCB分別降低了57.86%和60.36%，酶可及度分別增加了38.26%和31.08%。酶可及度是影響酶解效率的關(guān)鍵因素之一，甘蔗渣的親水性增加，對(duì)酶的吸附親和力增強(qiáng)；木質(zhì)素具有疏水性能，與纖維素酶存在疏水性結(jié)合，底物的疏水度增高，會(huì)使酶與碳水化合物的結(jié)合能力減弱[17]，其次木質(zhì)素的脫除降低了酶的非生產(chǎn)性吸附，使更多的纖維素與酶發(fā)生吸附并進(jìn)行酶解糖化反應(yīng)。

表3 甘蔗渣預(yù)處理前后的疏水度及酶可及度

2.2 過(guò)氧化氫-乙酸聯(lián)合預(yù)處理對(duì)甘蔗渣酶解和發(fā)酵的影響

2.2.1水解得率和纖維素酶的分布 對(duì)原料和預(yù)處理后的甘蔗渣加入酶，酶劑量為5 FPIU/g(基于底物)，進(jìn)行72 h水解，不同時(shí)間點(diǎn)的葡糖糖得率、木糖得率和纖維素酶蛋白的分布如圖2所示。從圖中可以看出，SCB、HP/70-SCB、AC/70-SCB的葡萄糖、木糖得率較低，表明單獨(dú)過(guò)氧化氫和單獨(dú)乙酸預(yù)處理不能促進(jìn)SCB的酶降解。然而，當(dāng)對(duì)甘蔗渣進(jìn)行過(guò)氧化氫-乙酸聯(lián)合預(yù)處理后，酶解得率變化明顯，水解72 h，預(yù)處理溫度從30 ℃升高到70 ℃，HPAC/70-SCB的葡萄糖得率從16.83%提高到59.09%，木糖得率從16.77%提高到51.82%。與HP/70-SCB相比，其葡糖糖得率和木糖得率分別提高了3.64倍和4.43倍；與AC/70-SCB相比，分別提高了12.91倍和25.44倍。這表明過(guò)氧化氫-乙酸聯(lián)合預(yù)處理可脫除甘蔗渣中大量木質(zhì)素，使底物對(duì)酶的吸附能力增強(qiáng)，并使還原糖得率明顯提升。此外，將過(guò)氧化氫濃度降低至原來(lái)的1/2，底物HPAC/70-SCB- 0.5的還原糖得率最優(yōu)，葡糖糖和木糖得率分別是87.63%和62.78%，明顯高于HPAC/70-SCB。主要是因?yàn)檫^(guò)氧乙酸的強(qiáng)氧化作用使纖維素表面乙?；?，阻礙了部分底物對(duì)纖維素酶的吸附，使還原糖的得率降低[18]。

在水解反應(yīng)過(guò)程中，大量的酶蛋白先吸附到底物上，參與酶水解反應(yīng)，使糖苷鍵斷裂，再脫附到水解液中，整個(gè)酶水解過(guò)程酶在底物上呈現(xiàn)吸附-催化-解吸附-再吸附的過(guò)程[19]。在最開始的6 h內(nèi)，所有底物水解上清液中的酶蛋白含量顯著降低，然后緩緩上升。原料甘蔗渣72 h的水解上清液中酶蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20.01%；單獨(dú)過(guò)氧化氫處理和單獨(dú)乙酸處理的甘蔗渣72 h水解上清液中酶蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為17.15%和16.90%，這表明SCB、HP/70-SCB、AC/70-SCB這3種底物對(duì)纖維素酶為不可逆的無(wú)效吸附，酶解反應(yīng)結(jié)束后大量的酶蛋白被底物吸附，很難脫附到水解液中參加下一輪的酶解反應(yīng)，因此糖化效率較低。底物HPAC/70-SCB- 0.5在反應(yīng)開始的2 h內(nèi)，纖維素酶快速吸附，水解上清液中的酶蛋白迅速減少到21.22%，反應(yīng)結(jié)束時(shí)上清液中的酶蛋白為24.75%，與SCB、HP/70-SCB和AC/70-SCB相比，分別增加了23.69%、 44.31%和 46.45%，表明大量的纖維素酶脫附到上清液中，并再次參與到剩余底物的降解。這是因?yàn)镠PAC預(yù)處理脫除了大量的木質(zhì)素，從而減少了對(duì)酶的非生產(chǎn)性吸附，同時(shí)底物表面孔隙率增加，比表面積增大(圖1)，促進(jìn)酶水解反應(yīng)的正向進(jìn)行[20]。

a.葡萄糖 glucose; b.木糖 xylose; c.蛋白質(zhì) protein

2.2.2乙醇發(fā)酵 按1.3節(jié)操作，收集酶水解上清液，加入酵母溶液發(fā)酵24 h后，乙醇質(zhì)量濃度和得率如表4所示。HP/70-SCB和AC/70-SCB的酶水解液經(jīng)發(fā)酵后，其乙醇質(zhì)量濃度分別為0.99和0.33 g/L，而經(jīng)過(guò)氧化氫-乙酸聯(lián)合預(yù)處理后的甘蔗渣水解液用于發(fā)酵，其乙醇質(zhì)量濃度明顯提升，且隨預(yù)處理溫度升高，乙醇質(zhì)量濃度越大。HPAC/70-SCB- 0.5的乙醇質(zhì)量濃度是7.57 g/L，分別是HP/70-SCB和AC/70-SCB的7.65倍和22.94倍。此外，與HPAC/70-SCB的乙醇質(zhì)量濃度(6.67 g/L)和得率(57.09%)相比，分別提高了13.49%和10.54%，這是因?yàn)槊杆夂驢PAC/70-SCB- 0.5水解液的葡萄糖質(zhì)量濃度為29.26 g/L，高于HPAC/70-SCB的23.33 g/L，在合適的發(fā)酵條件下釀酒酵母能高效地將水解液中的葡萄糖轉(zhuǎn)化為乙醇，但是HPAC/70-SCB- 0.5的乙醇得率低于65%，主要是因?yàn)榘l(fā)酵液中的甲酸、乙酸質(zhì)量濃度較高，分別為2.53和1.05 g/L，而酸類物質(zhì)會(huì)引起甘蔗渣細(xì)胞質(zhì)的酸化和去極化反應(yīng)，使乙醇得率降低，在實(shí)際生產(chǎn)中可采用活性炭吸附、堿中和、微生物降解等脫毒手段來(lái)降低抑制物對(duì)乙醇發(fā)酵的影響[21-22]。

表4 預(yù)處理甘蔗渣水解液發(fā)酵的乙醇濃度和產(chǎn)量

3 結(jié) 論

3.1過(guò)氧化氫-乙酸聯(lián)合預(yù)處理脫除了甘蔗渣的大部分木質(zhì)素并使大部分纖維素得以保留。最優(yōu)條件：20 g的甘蔗渣加入過(guò)氧化氫-乙酸溶液300 mL，其中過(guò)氧化氫(15%)溶液150 mL，乙酸(99%)150 mL，硫酸用量為0.5%(以過(guò)氧化氫-乙酸溶液總體積計(jì))，在70 ℃反應(yīng)2 h，甘蔗渣的木質(zhì)素脫除率為88.85%，并有90.10%的纖維素保留。預(yù)處理后的甘庶渣HPAC/70-SCB- 0.5的疏水度和酶可及度分別為0.067 L/g和80.30 mg/g，疏水度比單獨(dú)過(guò)氧化氫預(yù)處理(HP/70-SCB)和單獨(dú)乙酸預(yù)處理(AC/70-SCB)降低了57.86%和60.36%，酶可及度增加了38.26%和31.08%，木質(zhì)素表面覆蓋率由原料的0.66降低到0.22，碳水化合物暴露在表面，孔隙率增加，比表面積增大。

3.2HPAC/70-SCB在酶用量為5 FPIU/g(以底物計(jì))時(shí)進(jìn)行水解，其葡萄糖得率為59.09%，纖維素表面的乙酰化可能是導(dǎo)致酶解得率低的原因，降低預(yù)處理中過(guò)氧化氫濃度為原來(lái)的1/2，即過(guò)氫化氫體積分?jǐn)?shù)為15%時(shí)，HPAC/70-SCB-0.5酶解得率明顯提高，其葡萄糖得率為87.63%，發(fā)酵產(chǎn)乙醇質(zhì)量濃度為7.57 g/L。