全 文 ：第 １３卷第 １期
２０１５年 １月
生 物 加 工 过 程
Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｉｏｐｒｏｃｅｓｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｖｏｌ １３ Ｎｏ １
Ｊａｎ ２０１５
ｄｏｉ：１０ ３９６９ ／ ｊ ｉｓｓｎ １６７２－３６７８ ２０１５ ０１ ００３
收稿日期：２０１３－０４－１５
基金项目：上海市科委项目（１０ｄｚ１２１０４００）；上海浦东博士后基金（Ｙ２３４０８１Ｄ０１）
作者简介：林增祥（１９８０—），男，新疆博乐人，博士后，研究方向：生物化工；史吉平（联系人），研究员，Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｓｈｉｊｐ＠ ｓａｒｉ．ａｃ．ｃｎ
预处理沙柳酶解液脱毒及其丁醇发酵
林增祥１，２，李荣秀２，刘 莉１，沈兆兵１，史吉平１
（１ 中国科学院 上海高等研究院可持续技术研究中心，上海 ２０１２１０；
２ 上海交通大学 生命科学技术学院 生物制造实验室，上海 ２００２４０）
摘 要：为了提高沙柳原料的丁醇发酵效果，考察沙柳原料经过蒸爆、超微粉碎＋稀酸和超微粉碎＋稀碱预处理后补
料酶解的效果，优化了沙柳酶解液活性炭脱毒工艺参数，并对经过脱毒处理的酶解液进行了丁醇发酵研究，结果表
明：预处理沙柳原料酶解底物质量浓度为 ２００ ｇ ／ ｍＬ时，３种预处理方法中蒸爆处理法水解效果最好，每克底物的滤
纸酶酶加量 １５ Ｕ，酶解 ９６ ｈ后，酶解液总糖质量浓度达到 ５７ ｇ ／ Ｌ。 活性炭脱毒处理的最优条件：ｐＨ ４ ８，碳加量 ４％
（质量分数）、温度 ７０ ℃、１ ｈ，该条件下的沙柳水解液脱色率达到 ９７ ４％、糖损失率 ３ １％。 ３种预处理沙柳原料的
酶解液经活性炭脱毒后都可以被丁醇梭菌正常利用发酵产丁醇，发酵液总溶剂（ＡＢＥ）质量浓度约为 １４ ｇ ／ Ｌ。
关键词：沙柳；预处理；补料酶解；发酵；丁醇
中图分类号：Ｓ２１６ ２ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７２－３６７８（２０１５）０１－００１２－０５
Ｂｕｔａｎｏｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ｄｅｔｏｘｉｆｉｅｄ Ｓａｌｉｘ ｈｙｄｒｏｌｙｓａｔｅ
ＬＩＮ Ｚｅｎｇｘｉａｎｇ１，２，ＬＩ Ｒｏｎｇｘｉｕ２，ＬＩＵ Ｌｉ１，ＳＨＥＮ Ｚｈａｏｂｉｎｇ１，ＳＨＩ Ｊｉｐｉｎｇ１
（１ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ ｆｏｒ Ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，
Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０１２１０，Ｃｈｉｎａ； ２ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｂｉａｌ Ｍｅｔａｂｏｌｉｓｍ ｏｆ Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｌｉｆｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ
ａｎｄ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２００２４０，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙ， ｗｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ｍｅｔｈｏｄｓ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｂｕｔａｎｏｌ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓａｌｉｘ ｈｙｄｒｏｌｙｓａｔｅｓ ａｆｔｅｒ
ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ ａｎｄ ｅｎｚｙｍａｔｉｃ ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ． Ｓａｌｉｘ ｓａｍｐｌｅｓ ｗｅｒｅ ｐｒｅｔｒｅａｔｅｄ ｂｙ ｓｔｅａｍ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ， ｕｌｔｒａｆｉｎｅ ｇｒｉｎｄ
ｗｉｔｈ ｄｉｌｕｔｅ ａｃｉｄ ａｎｄ ｕｌｔｒａｆｉｎｅ ｇｒｉｎｄ ｗｉｔｈ ｄｉｌｕｔｅ ａｌｋａｌｉ， ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ． Ｂｅｆｏｒｅ ａｃｅｔｏｎｅ⁃ｂｕｔａｎｏｌ⁃ｅｔｈａｎｏｌ
（ＡＢＥ） ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ， ｗｅ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｔｈｅ ｆｅｅｄｉｎｇ ｅｎｚｙｍｅ ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ ａｎｄ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｄｅｔｏｘｉｆｉｃａｔｉｏｎ．
Ｓｔｅａｍ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｐｒｅｔｒｅａｔｅｄ Ｓａｌｉｘ ｓａｍｐｌｅｓ ｈａｄ ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｓｔ ｓｕｇａｒ ｙｉｅｌｄ （ ５７ ｇ ／ Ｌ ） ａｆｔｅｒ ｅｎｚｙｍａｔｉｃ
ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ， ｗｉｔｈ ２００ ｇ ／ ｍＬ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙ， １５ ＦＰＵ ｅｎｚｙｍｅ ｌｏａｄｉｎｇ ｆｏｒ ９６ ｈｏｕｒｓ． Ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ
ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｄｅｔｏｘｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｗａｓ ｏｂｓｅｒｖｅｄ ｗｉｔｈ ４％ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｌｏａｄｉｎｇ ａｔ ｐＨ ４ ８ ａｎｄ
７０ ℃ ｆｏｒ １ ｈｏｕｒ． Ｕｎｄｅｒ ｔｈａｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ， ｈｙｄｒｏｌｙｓａｔｅ ｗａｓ ｄｅｃｏｌｏａｒａｔｅｄ ｂｙ ９７ ４％ ｗｉｔｈ ３ １％ ｓｕｇａｒ ｌｏｓｓ．
Ｔｈｅ ｄｅｔｏｘｉｆｉｅｄ Ｓａｌｉｘ ｈｙｄｒｏｌｙｓａｔｅｓ ｏｆ ｔｈｒｅｅ ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄｓ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｆｅｒｍｅｎｔｅｄ ｂｙ Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ
ａｃｅｔｏｂｕｔｙｌｉｃｕｍｓ， ａｎｄ ｔｈｅ ｔｏｔａｌ ｐｒｏｄｕｃｔ ｓｏｌｖｅｎｔ （ＡＢＥ） ｗａｓ ａｂｏｕｔ １４ ｇ ／ Ｌ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｓａｌｉｘ；ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ；ｆｅｅｄｉｎｇ ｅｎｚｙｍａｔｉｃ ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ；ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ；ｂｕｔａｎｏｌ
沙柳是我国北方一种常见的沙生灌木，具有良
好的防风固沙、保持水土的作用，广泛生长在内蒙
古、青海、甘肃等地。 目前，平茬下来的枝条大部分
未被充分利用，少部分用来造纸及生产人造板［１］。
沙柳可以作为生产丁醇等化工产品的潜在木
质纤维素原料，其生物转化过程主要有 ３ 个环节。
首先是对沙柳进行预处理，其次是将原料中的纤维
素、半纤维素水解为可发酵的糖，最后就是将水解
糖液通过微生物发酵产丁醇。 近年来，研究应用较
多的预处理方法主要有蒸气爆破预处理、稀酸预处
理和稀碱预处理等。 原料经过预处理可以实现原
料的组分分离和结构改变，从而进一步提高原料的
酶水解效率。 虽然科研人员对木质纤维素的预处
理方法进行了大量研究［２－９］，但是针对沙柳酶解液
进行丁醇发酵的研究还比较少。
用蒸爆、稀酸和稀碱等物理化学法预处理木质
纤维原料可以提高原料水解率，但植物纤维原料在
预处理过程中部分半纤维素和木质素会降解，原料
中的色素、单宁、果胶等成分在该过程中被降解和
溶解，主要降解产物有机酸、醛类和酚类等物质使
原料颜色呈黑褐色，并且这些降解产物会严重影响
或抑制微生物的生长代谢，甚至引起微生物死亡。
所以，为提高发酵效果，对水解液进行脱色和脱毒
处理很有必要。 在食品工业领域，活性炭吸附法广
泛应用于糖液的脱色提纯，且脱色效果好［１０－１４］。
本研究对沙柳原料进行蒸爆、超微粉碎＋稀酸
和超微粉碎＋稀碱 ３ 种预处理，通过补料酶解的方
法获得较高浓度的水解液，并对其发酵产丁醇的效
果进行考察，以期为沙柳原料的低成本、高效率的
生物转化过程提供参考［１５］。
１ 材料与方法
１ １ 实验材料
原料：沙柳（产地内蒙古鄂尔多斯，水分质量分
数 ５ ５％）。
纤维素酶制剂：纤维素酶（上海尤特尔生化有
限公司，以滤纸酶活计，３４６ ＦＰＵ ／ ｇ）。
丙酮丁醇 梭 菌 （ Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｃｅｔｏｂｕｔｙｌｉｃｕｍ ）
８０１６，购于中国工业微生物菌种保藏管理中心。
原料预处理设备：ＱＢＳ ８０ 型汽爆工艺实验台
（河南鹤壁市正道重机集团有限公司）；超微气流粉
碎机（上海高等研究院微纳粉体设备研发实验室）。
活性炭：糖用脱色活性炭 ＨＬＦ（溧阳市华龙活
性炭厂）。
１ ２ 沙柳原料预处理
根据本实验室的前期研究工作，确定沙柳原料
的蒸气爆破预处理、超微粉碎＋稀酸预处理、超微粉
碎＋稀碱预处理的最优条件［１６－１８］：１）超微粉碎＋稀
碱处理 超微粉碎原料粒度（１５ μｍ）、ＮａＯＨ 质量分
数 ０ ８％、９５ ℃、４５ ｍｉｎ，原料预处理后用稀 Ｈ２ＳＯ４调
ｐＨ至中性，过滤，取滤渣备用。 ２）超微粉碎＋稀酸
处理 超微粉碎原料粒度 （ １５ μｍ）、固液比 １ ∶ １２
（ｇ ／ ｍＬ）、温度 １６０ ℃、Ｈ２ ＳＯ４体积分数 ０ ５％、时间
２０ ｍｉｎ，原料预处理后用稀 ＮａＯＨ 调 ｐＨ 至中性，过
滤，取滤渣备用。 ３）蒸气爆破预处理 蒸爆处理条件
为压力 ３ ５ ＭＰａ、维压时间 ３００ ｓ。
１ ３ 预处理沙柳原料补料酶解
称取经蒸气爆破预处理、超微粉碎＋稀酸预处
理、超微粉碎＋稀碱预处理的沙柳原料 １２ ０ ｇ（干质
量），装入三角摇瓶，再加入 ０ ０５ ｍｏｌ ／ Ｌ柠檬酸缓冲
液，酶解体系初始底物质量浓度为 １２０ ｇ ／ ｍＬ，每克
底物酶加量 ２０ ＦＰＵ，酶解糖化条件为 ｐＨ ４ ８、恒温
摇床转速 ２５０ ｒ ／ ｍｉｎ、温度 ５０ ℃，酶解 ２４ ｈ 后补料，
最终底物质量浓度为 ２００ ｇ ／ ｍＬ，蒸爆处理最终酶加
量为每克底物 １５ ＦＰＵ，超微粉碎＋稀酸、超微粉碎＋
稀碱处理最终酶加量为每克底物 ２０ ＦＰＵ。
１ ４ 沙柳酶解液活性炭脱毒条件优化
采用正交试验设计法对沙柳酶解液脱毒工艺
参数进行优化，选择 ｐＨ、温度、时间和碳加量 ４ 个考
察因素，用正交试验表 Ｌ９（３４）设计实验，正交试验
的因素水平如表 １ 所示。
表 １ 活性炭处理沙柳酶解液正交试验设计
Ｔａｂｌｅ １ Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａｃｔｉｖａｔｅｄ
ｃａｒｂｏｎ ｔｒｅａｔｅｄ Ｓａｌｉｘ ｈｙｄｒｏｌｙｓａｔｅ
水平 ＡｐＨ
Ｂ
碳加量 ／ ％
Ｃ
温度 ／ ℃
Ｄ
时间 ／ ｈ
１ ４ １ ２ ６０ １
２ ４ ８ ４ ７０ １ ５
３ ５ ５ ６ ８０ ２
脱色率计算见式（１），糖损失率计算见式（２）。
脱色率＝
Ａ脱色前－Ａ脱色后
Ａ脱色前
×１００％ （１）
糖损失率＝
ｍ脱色前－ｍ脱色后
ｍ脱色前
×１００％ （２）
式中：Ａ 为 ４２０ ｎｍ 沙柳水解液吸光度值；ｍ 为沙柳
水解液中葡萄糖与木糖质量之和。
活性炭脱毒的酶解液为沙柳原料蒸爆处理水
解液，吸光度 Ａ４２０ ＝ ２ ６３，葡萄糖质量浓度 ２５ ３ ｇ ／ Ｌ。
１ ５ 脱毒酶解液丁醇发酵
取 ５０ ｍＬ经活性炭脱毒处理的沙柳酶解液，装
３１ 第 １期 林增祥等：预处理沙柳酶解液脱毒及其丁醇发酵
入 １００ ｍＬ三角瓶中，添加玉米浆 ４ ０ ｇ ／ Ｌ，接入丁醇
菌种，３７ ℃静置发酵 ７２ ｈ。 待发酵结束后，发酵液
离心，取上清液分析检测。
１ ６ 分析方法
水解液中糖的分析采用 ＨＰＬＣ 法：液相色谱仪
Ｓｈｉｍａｄｚｕ ２０Ａ，色谱条件参照文献［１９］。
发酵液中溶剂和有机酸的分析采用 ＧＣ法：气相
色谱仪 Ｓｈｉｍａｄｚｕ ２０１０ Ｐｌｕｓ，色谱条件参照文献［１９］。
吸光度测定采用分光光度计，４２０ ｎｍ 处测吸光
度 Ａ４２０。
２ 结果与讨论
２ １ 沙柳水解液活性炭脱毒正交试验结果
沙柳水解液活性炭脱毒正交试验结果如表 ２ 所
示，沙柳水解液经活性炭脱毒后糖的损失率极差如图 １
所示，沙柳水酶解液活性炭脱色率极差如图 ２所示。
表 ２ 沙柳水解液活性炭脱毒正交试验结果
Ｔａｂｌｅ ２ Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ａｃｔｉｖａｔｅｄ
ｃａｒｂｏｎ ｄｅｔｏｘｉｆｉｅｄ Ｓａｌｉｘ ｈｙｄｒｏｌｙｓａｔｅ
实验号 Ａ Ｂ Ｃ Ｄ 糖损失率 ／％
脱色率 ／
％
１ １ １ １ １ ０ ０ ９１ ８
２ １ ２ ２ ２ ３ ９ ９７ １
３ １ ３ ３ ３ ４ ９ ９１ １
４ ２ １ ２ ３ １ ０ ９７ ０
５ ２ ２ ３ １ ３ ９ ９４ ４
６ ２ ３ １ ２ ４ ９ ９３ ６
７ ３ １ ３ ２ １ ０ ８４ ７
８ ３ ２ １ ３ ３ ９ ８９ ８
９ ３ ３ ２ １ ５ ９ ９０ ８
图 １ 沙柳水解液经活性炭脱毒后糖的损失率极差图
Ｆｉｇ １ Ｒａｎｇｅ ｃｈａｒｔ ｏｆ ｓｕｇａｒ ｌｏｓｓ ｒａｔｅ ｆｏｒ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｄｅｔｏｘｉｆｉｅｄ Ｓａｌｉｘ ｈｙｄｒｏｌｙｓａｔｅ
图 ２ 沙柳酶解液活性炭脱色率极差
Ｆｉｇ ２ Ｒａｎｇｅ ｃｈａｒｔ ｏｆ ｄｅｃｏｌｏｒａｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｆｏｒ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｔｒｅａｔｅｄ Ｓａｌｉｘ ｈｙｄｒｏｌｙｓａｔｅ
从图 １可以看出：在所选择的正交试验因素水
平范围内，沙柳水解液活性炭脱毒对糖的损失率影
响不显著，糖损失率在 ５％以内，沙柳水解液活性炭
脱毒过程中会有少量的糖成分被吸附而损失，同时
随活性炭添加量的增大，糖的损失率也会增大。
从图 ２ 可以看出：沙柳水解液的活性炭脱色效
果比较显著，活性炭由于具有芳香环式的结构，善
于吸附芳香族有机物（纤维素酶解液中的有色物质
大部分属于这类），它对不带电物质的吸附力较强，
而对带负电的阴离子物质吸附力相对较弱，活性炭
４１ 生 物 加 工 过 程 第 １３卷
对物质的吸附与溶液 ｐＨ 有关，ｐＨ 的变化可以导致
色素分子所带静电荷量或立体结构发生变化，因此
在酸性溶液中吸附较强，碱性溶液中较弱。 因为弱
酸性物质在低 ｐＨ下带电较少，甚至不带电，较易被
吸附，高 ｐＨ下电荷较强，不利于吸附，所以水解液
中大部分降解的有色化合物在活性炭处理过程中
被吸附，ｐＨ ４ ８达到最大吸附量［２０－２２］。
在选择的实验水平范围内，脱色率随温度的升高
先增加后降低，说明随着水解液温度的升高，分子扩
散速度加快，色素分子更容易进入活性炭孔隙内的吸
附位点，缩短了达到吸附平衡的时间，从而增加了吸
附容量，提高了脱色率。 另一方面，温度的继续升高
会使分子热运动加剧，容易导致已吸附的色素分子脱
离，而活性炭处理是一个吸附和解吸的可逆过程，因
此过高的温度对活性炭处理效果反而不明显。 活性
炭用量的增加，可以增加水解液的脱色效果。 通过图
２和图 １ 对比分析，可以得到最优的活性炭处理条
件：Ａ２Ｂ２Ｃ２Ｄ１，即 ｐＨ ４ ８，碳加量 ４％，温度 ７０ ℃，１ ｈ。
经过进一步实验验证，糖损失率的实验结果显示：该
条件下蒸爆处理水解液的脱色率达到 ９７ ４％，糖损失
率 ３ １％；超微粉碎 ＋稀酸处理水解液的脱色率
９５ ３％，糖损失率 ２ １％；超微粉碎＋稀碱处理水解液
的脱色率 ９６ ４％，糖损失率 ２ ３％。
２ ２ 沙柳原料水解液脱毒后丁醇发酵效果考察
在木质纤维素原料酶解糖化过程中，通常采用
分批补料的酶解方式来增大底物浓度，从而获得较
高浓度的糖液和发酵产物。 以葡萄糖或淀粉为原
料的传统丁醇发酵，丙酮、丁醇、乙醇的质量浓度
（总溶剂（ＡＢＥ））为 ２０ ｇ ／ Ｌ左右，从葡萄糖到总溶剂
的理论转化率为 ３９ ２％，难以超过这一阈值的原因
在于所生成的溶剂特别是丁醇对梭菌细胞有毒副
作用，因此木质纤维素原料的酶解液初始糖质量浓
度控制在 ５０ ～ ６０ ｇ ／ Ｌ 比较合适。 本实验中笔者将
沙柳原料的酶解液糖浓度控制在上述范围内，即蒸
爆处理原料酶解液总糖质量浓度 ５７ ｇ ／ Ｌ，超微粉
碎＋稀酸处理原料酶解液总糖质量浓度 ５０ ｇ ／ Ｌ，超
微粉碎 ＋稀碱处理原料酶解液总糖质量浓度 ５６
ｇ ／ Ｌ［１０，２３］。 脱毒沙柳水解糖液发酵产丁醇实验结果
如图 ３所示。
从图 ３可以看出：３ 种预处理原料中蒸气爆破
预处理原料总糖浓度最高，每克底物滤纸酶用量为
１５ Ｕ，相对酶用量最少，因此蒸气爆破预处理原料水
解效果最好。 ３ 种预处理方法的机制不同，沙柳原
图 ３ 脱毒沙柳水解糖液发酵产丁醇实验结果
Ｆｉｇ ３ Ｂｕｔａｎｏｌ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｄｅｔｏｘｉｆｉｅｄ
Ｓａｌｉｘ ｈｙｄｒｏｌｙｓａｔｅ
料经蒸气爆破预处理后，其致密的纤维束相互分开
松散，天然纤维的部分结晶结构和内部氢键被破
坏，物料中半纤维素和部分木质素被降解，这些因
素都有利于增加纤维素酶的可及度，从而提高原料
的酶水解率［１６，２４］。 超微粉碎＋稀碱预处理、超微粉
碎＋稀酸预处理过程可以将天然纤维素复杂的刚性
结构破坏，纤维素的结晶度降低，原料结构变得疏
松，从而增大纤维素与纤维素酶的接触面积，进而
提高了超微粉碎沙柳原料的酶解效率［１７－１８，２５－２７］，但
是其微观的纤维结构没有充分破坏，从而限制了预
处理原料水解率的提升。
从图 ３ 还可以看出：蒸气爆破、超微粉碎＋稀
酸、超微粉碎＋稀碱处理的沙柳原料水解糖液经活
性炭 脱 毒 后， 能 够 较 好 地 被 丙 酮 丁 醇 梭 菌
（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｃｅｔｏｂｕｔｙｌｉｃｕｍ） 利用，总糖利用率在
９２％以上。 没有经过活性炭脱毒处理的沙柳水解糖
液不能被丙酮丁醇梭菌利用，并且接入水解液的发
酵菌种被发酵抑制物毒死，因此水解液中没有发酵
产物，所以该组数据没有表示在图 ３ 中。 通过对活
性炭脱毒处理后的沙柳水解糖液发酵产物分析可
以看出，总溶剂发酵质量浓度约为 １４ ｇ ／ Ｌ，低于传统
丁醇梭菌发酵的理论产率，传统的丁醇梭菌发酵以
葡萄糖作为 Ｃ源，发酵液中总溶剂质量浓度可以达
到 ２０ ｇ ／ Ｌ。 分析原因可能是：①虽然活性炭脱毒处
理可以将预处理过程中产生的发酵抑制物脱除，但
是水解液中比较复杂的糖组分影响了菌种的糖醇
转化率；②需要针对沙柳预处理原料水解液的丁醇
发酵条件做进一步优化，以提高其发酵效果和糖醇
转化率；③通过驯化、诱变等技术手段改造发酵菌
５１ 第 １期 林增祥等：预处理沙柳酶解液脱毒及其丁醇发酵
株以提高其对复杂糖组分的糖醇转化率。
３ 结论
１）通过对蒸爆、超微粉碎＋稀酸和超微粉碎＋稀
碱 ３种预处理沙柳原料补料酶解效果的考察，获得
了较高糖浓度的沙柳水解液，蒸气爆破预处理原料
的酶解效果最好，最终底物质量浓度为 ２００ ｇ ／ ｍＬ、
每克底物滤纸酶加量 １５ Ｕ 条件下，酶解液总糖（葡
萄糖、木糖、纤维二糖之和）质量浓度达到 ５７ ｇ ／ Ｌ。
２）优化了沙柳酶解液的活性炭脱毒条件，得到
最优的条件：ｐＨ ４ ８、活性炭添加量 ４％、温度 ７０ ℃
和 １ ｈ，该条件下的沙柳水解液脱色率达到 ９７ ４％，
糖损失率 ３ １％。
３）通过对蒸爆、超微粉碎＋稀酸和超微粉碎＋稀
碱 ３种预处理沙柳原料酶解液活性炭脱毒后的发酵
效果考察，可以看出，３种预处理方法所得沙柳水解
液经活性炭脱毒后都可以较好地被丙酮丁醇梭菌
（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｃｅｔｏｂｕｔｙｌｉｃｕｍ）利用，发酵液中总溶剂
质量浓度约为 １４ ｇ ／ Ｌ，略低于传统丙酮丁醇发酵的
理论产率。 将来可以针对产丁醇的高产菌株做进
一步的优化研究，以提高沙柳原料的丁醇发酵转
化率。
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（责任编辑 管 珺）
６１ 生 物 加 工 过 程 第 １３卷