木質(zhì)纖維素高效預(yù)處理與酶回收工藝研究.pdf

1、木質(zhì)纖維素預(yù)處理與酶解糖化是其生物煉制過程的兩大瓶頸工藝。本文設(shè)計(jì)采用高效組合預(yù)處理方法，降低生物質(zhì)頑抗性，提高纖維素酶解效率，并探究高效、易調(diào)控的纖維素酶回收策略，降低酶耗量和工藝成本。主要研究結(jié)論如下：
　　(1)組合預(yù)處理工藝：采用FeCl3-Ethanol預(yù)處理玉米芯，并利用掃描電鏡（SEM）、X-射線衍射（XRD）和傅里葉紅外光譜(FTIR)，系統(tǒng)考察FeCl3濃度、乙醇濃度、溫度和時間等工藝條件對木質(zhì)纖維素各組分含量和

2、特性的影響規(guī)律。增加FeCl3濃度和乙醇濃度分別有利于半纖維素降解和木質(zhì)素去除，優(yōu)化獲得較優(yōu)的預(yù)處理?xiàng)l件：FeCl3濃度為0.2 mol/L、乙醇濃度60％、120℃、60 min。對于該條件下獲得的玉米芯，當(dāng)固含量為10%時，纖維素48 h酶解率可達(dá)91.6%。
　　(2)組合預(yù)處理機(jī)理：考察強(qiáng)酸弱堿的種類、濃度和pH對玉米芯預(yù)處理和酶解的影響規(guī)律，發(fā)現(xiàn)：FeCl3溶液作為強(qiáng)酸弱堿鹽具有強(qiáng)水解能力而顯酸性，當(dāng)酸性達(dá)到一定程度時（

3、pH<2.5）有利于半纖維素的降解；金屬離子與含吡喃環(huán)的多糖因配位作用形成復(fù)合物，促進(jìn)了多糖分解與木質(zhì)素去除；當(dāng)溶液酸性較弱時，酸根離子對預(yù)處理的影響較為顯著；利用同酸根的酸調(diào)控體系 pH，可提高預(yù)處理效果。對于該預(yù)處理獲得的玉米芯，當(dāng)固含量為20%、加酶量為30 FPU/g葡聚糖時，酶解110 h后葡萄糖濃度為80.1 g/L。證明該預(yù)處理方法所得生物質(zhì)適于進(jìn)行高固酶解發(fā)酵。
　　(3) pH調(diào)控酶回收：考察不同pH和溫度對纖維

4、素酶吸脫附行為的影響規(guī)律，進(jìn)而提出一種高效的pH調(diào)控酶吸脫附技術(shù)、并同時回收游離酶和吸附酶的回收策略。發(fā)現(xiàn)：酸性條件（如pH4.8）有利于纖維素酶吸附，而在低溫環(huán)境（4–37℃）中堿性條件（如pH10）有利于纖維素酶的脫附。在25℃、pH4.8時，酶吸附在60 min內(nèi)達(dá)到平衡，約50%的酶吸附于底物上。將緩沖液的pH從4.8調(diào)節(jié)到10，酶脫附率由15%升至85%。酶解完成后，利用新鮮底物重吸附和pH調(diào)控酶脫附，同時回收酶解液中的游離酶