全 文 ：第 １２卷第 ２期
２０１４年 ３月
生 物 加 工 过 程
Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｉｏｐｒｏｃｅｓｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｖｏｌ １２ Ｎｏ ２
Ｍａｒ ２０１４
ｄｏｉ：１０ ３９６９ ／ ｊ ｉｓｓｎ １６７２－３６７８ ２０１４ ０２ ００１
收稿日期：２０１３－０１－０５
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
沙柳原料高浓度底物酶解发酵乙醇工艺
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：为了提高沙柳生物转化过程的经济可行性，考察了沙柳原料经过蒸爆、超微粉碎＋稀酸、超微粉碎＋稀碱预处理后
高浓度底物补料酶解的效果，并对其高浓度水解糖液进行了乙醇发酵。 结果表明：蒸爆处理法水解效果最好，通过补料酶
解，底物质量分数可以达到３０％，酶解液中总糖质量浓度达到１３２ ｇ ／ Ｌ，葡萄糖质量浓度１０５ ｇ ／ Ｌ；超微粉碎＋稀酸预处理原
料底物质量分数可以达到 ２２％，酶解液中总糖质量浓度达到 １２３ ｇ ／ Ｌ，葡萄糖质量浓度 ７３ ｇ ／ Ｌ；超微粉碎＋稀碱预处理原料
底物质量分数可以达到 ２２％，酶解液中总糖质量浓度 １３３ ｇ ／ Ｌ，葡萄糖质量浓度 ７７ ｇ ／ Ｌ。 ３种预处理使沙柳原料的酶解糖
液都可以较好地被酿酒酵母利用发酵产乙醇，蒸爆处理原料的酶解糖液乙醇发酵效果最好，乙醇质量浓度达到 ４７ ｇ ／ Ｌ。
关键词：乙醇；发酵；高浓酶解；预处理；沙柳
中图分类号：Ｓ２１６ ２ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７２－３６７８（２０１４）０２－０００１－０５
Ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｈｉｇｈ⁃ｓｏｌｉｄ ｌｏａｄｉｎｇｓ ｏｎ ｅｎｚｙｍａｔｉｃ ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ ａｎｄ
ｅｔｈａｎｏｌ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓａｌｉｘ ｂｉｏｍａｓｓ
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 ｔｈｅ Ｍｉｎｉｓｔｒｙ，Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｌｉｆｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ
ａｎｄ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ＪｉａｏＴｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２００２４０，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｂｅｎｅｆｉｔ ｏｆ ｔｈｅ Ｓａｌｉｘ ｂｉｏｒｅｆｉｎｅｒｙ ｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｅｘａｍｉｎｅｄ
ｔｈｅ Ｓａｌｉｘ ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｂｙ ｓｔｅａｍ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ，ｕｌｔｒａｆｉｎｅ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｗｉｔｈ ｄｉｌｕｔｅ ａｃｉｄ，ｕｌｔｒａｆｉｎｅ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｗｉｔｈ ｄｉｌｕｔｅ
ａｌｋａｌｉ，ｆｏｌｌｏｗｅｄ ｂｙ ｈｉｇｈ ｓｏｌｉｄ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｎｚｙｍａｔｉｃ ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ，ａｎｄ ｅｔｈａｎｏｌ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｂｙ ｙｅａｓｔ Ｔｈｅ
ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｓｔｅａｍ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｉｓ ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｓａｌｉｘ ｅｎｚｙｍａｔｉｃ ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ Ｔｈｅ
ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｃｏｕｌｄ ｒｅａｃｈ ３０％ ｂｙ ｆｅｅｄｉｎｇ ｅｎｚｙｍａｔｉｃ ｍｅｔｈｏｄ Ｔｈｅ ｅｎｚｙｍａｔｉｃ ｈｙｄｒｏｌｙｚａｔｅ ｏｆ ｔｏｔａｌ
ｓｕｇａｒ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｗａｓ １３２ ｇ ／ Ｌ ａｎｄ ｔｈｅ ｇｌｕｃｏｓｅ ｗａｓ １０５ ｇ ／ Ｌ Ｗｈｅｎ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｕｌｔｒａｆｉｎｅ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ａｎｄ
ｄｉｌｕｔｅ ａｃｉｄ ｐｒｅｔｒｅａｔｅｄ ｍａｔｅｒｉａｌ，ｔｈｅ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｃｏｕｌｄ ｒｅａｃｈ ２２％， ｔｈｅ ｅｎｚｙｍａｔｉｃ ｈｙｄｒｏｌｙｚａｔｅ ｏｆ
ｔｏｔａｌ ｓｕｇａｒ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｗａｓ １２３ ｇ ／ Ｌ ａｎｄ ｇｌｕｃｏｓｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｗａｓ ７３ ｇ ／ Ｌ Ｗｈｅｎ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｕｌｔｒａｆｉｎｅ
ｇｒｉｎｄｉｎｇ ａｎｄ ｄｉｌｕｔｅ ａｌｋａｌｉ ｐｒｅｔｒｅａｔｅｄ ｍａｔｅｒｉａｌ，ｔｈｅ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｃｏｕｌｄ ｒｅａｃｈ ２２％，ｔｈｅ ｅｎｚｙｍａｔｉｃ
ｈｙｄｒｏｌｙｚａｔｅ ｏｆ ｔｏｔａｌ ｓｕｇａｒ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｗａｓ １３３ ｇ ／ Ｌ ａｎｄ ｇｌｕｃｏｓｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｗａｓ ７７ ｇ ／ Ｌ Ｔｈｅ ｅｎｚｙｍａｔｉｃ
ｈｙｄｒｏｌｙｚａｔｅ ｏｆ ｔｈｒｅｅ ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｓａｌｉｘ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｆｅｒｍｅｎｔｅｄ ｔｏ ｅｔｈａｎｏｌ ｂｙ ｙｅａｓｔ ａｎｄ ｔｈｅ
ｈｙｄｒｏｌｙｚａｔｅ ｏｆ ｓｔｅａｍ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｐｒｅｔｒｅａｔｅｄ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｃｏｕｌｄ ｒｅａｃｈ ４７ ｇ ／ Ｌ ｅｔｈａｎｏｌ ｂｙ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｅｔｈａｎｏｌ；ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ；ｈｉｇｈ⁃ｓｏｌｉｄ ｌｏａｄｉｎｇ ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ；ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ；Ｓａｌｉｘ
沙柳（Ｓａｌｉｘ ｐｓａｍｍｏｐｈｉｌａ）是一种常见的沙生灌
木，具有良好的防风固沙、保持水土、改善生态的特
性，广泛生长在内蒙古、青海、甘肃、新疆等地区。
沙柳平均 ３～４年平茬一次，平茬以后可继续茂盛生
长，否则会自然衰败枯死。 目前，平茬下来的枝条
除少部分被用来造纸及生产人造板外［１］，大部分未
被充分利用。
沙柳可以作为纤维素乙醇等生化产品潜在的
木质纤维原料，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，最后是以水解糖
液利用酵母菌发酵产乙醇。 由于木质纤维素内部
致密复杂的天然结构及纤维素结晶的特点，阻碍了
纤维素酶对纤维素的水解，因此需要采用合适的预
处理方法，以提高纤维素的酶水解效率。 原料经过
预处理过程可以实现木质纤维素原料的组分分离
和结构改变，从而进一步提高酶水解效率［２－４］。 近
年来，研究应用较多的木质纤维原料预处理方法中
主要有蒸气爆破预处理、稀酸预处理和稀碱预处理
等。 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，但是针对沙柳原料的预处理及高浓
度底物酶解发酵的研究仍相对比较少［５－９］ 。
纤维素乙醇原料的酶解过程广泛采用提高底
物浓度的方法，以提高纤维素乙醇生产工艺的经济
性。 这样不仅可以提高原料水解液的糖浓度，还可
以提高发酵液中乙醇的浓度。 这样就可以减小设
备的规模，降低乙醇浓缩时的能耗以及整个工艺过
程的水耗。 但是如果纤维素酶水解时的初始干物
质含量高于 １５％，整个反应体系基本以湿的固体物
料的形态存在，会严重影响酶解过程的传质和传热
问题，大大降低酶解反应的速率，不利于酶解反应
进行。 通过分批补料酶解工艺是解决这一难题的
重要方法。
本研究以经过蒸爆、超微粉碎＋稀酸、超微粉
碎＋稀碱 ３种预处理的沙柳枝条为原料，在高浓度
底物条件下对原料酶解发酵效果进行考察，以期为
沙柳原料的低成本、高效率的生物转化，同时对我
国沙化土地治理模式、促进沙地生态能源林基地建
设提供参考［１０－１１］ 。
１ 材料与方法
１ １ 实验材料
１）原料 沙柳（产地：内蒙古鄂尔多斯，水份含
量 ５ ５％）；
２）纤维素酶制剂 纤维素酶（上海尤特尔生化
有限公司，滤纸酶活：３４６ ＦＰＵ ／ ｇ）；
３）酿酒酵母 超级酿酒高活性干酵母（安琪酵
母股份有限公司）；
４）原料预处理设备 ＱＢＳ ８０ 型汽爆工艺试
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）。
１ ２ 沙柳原料的预处理
根据本实验室前期的研究基础，确定了沙柳原
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如下［１２－１４］：
１）超微粉碎＋稀碱处理 超微粉碎原料粒度
（１５ μｍ）、 ＮａＯＨ ０ ８％ （质量体积比 ）、 ９５ ℃、
４５ ｍｉｎ。
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 ℃、Ｈ２ＳＯ４
０ ５％、时间 ２０ ｍｉｎ。
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。
将经过预处理的沙柳原料用自来水冲洗，纱布
过滤，取滤渣自然晾干，然后用自封塑料袋封装
储藏。
１ ３ 预处理沙柳原料的酶解
１） 批式酶解 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，各准
确称取 １２ ０ ｇ（干质量），加入 ０ ０５ ｍｏｌ ／ Ｌ柠檬酸缓
冲液，１ ｇ底物纤维素酶加量为 ２０ ＦＰＵ，酶解体系底
物质量分数为 １２％，三角摇瓶酶解，酶解糖化条件
为：ｐＨ ４ ８、恒温摇床转速 ２５０ ｒ ／ ｍｉｎ、温度 ５０ ℃、酶
解 ７２ ｈ后，酶解液离心，取上清液测定酶解液中糖
浓度，沙柳原料酶解率（Ｙ）按下式（１）计算。
Ｙ ＝
０ ９ｍ１
ｍ２ ＋ ｍ３
× １００％ （１）
式中：ｍ１为酶解液中还原糖质量，ｇ；ｍ２为底物中纤
维素质量，ｇ；ｍ３为底物中半纤维素质量，ｇ。
２）补料酶解 酶解初始底物浓度为 １２％，酶解
糖化条件同上。 在酶解 ２４ ｈ 后补料，蒸爆处理原料
最终底物质量分数达到 ３０％，酶加量分别达到 ３０、４０
和 ６０ ＦＰＵ ／ ｇ底物；稀酸、稀碱处理底物达到 ２２％，酶
加量分别达到 ３０、４０ 和 ６０ ＦＰＵ ／ ｇ 底物，补料酶解
９６ ｈ后，取酶解样液分析总糖浓度与葡萄糖浓度。
２ 生 物 加 工 过 程 第 １２卷
１ ４ 酶解液的乙醇发酵
取 ５０ ｍＬ 补料酶解得到的沙柳酶解液，装入
１００ ｍＬ三角瓶中，添加安琪酵母粉 ４ ０ ｇ ／ Ｌ，于 ３７
℃、摇床转速 １００ ｒ ／ ｍｉｎ，发酵 ６０ ｈ 后取发酵液，离
心，取上清液检测分析。
１ ５ 分析方法
１ ５ １ 水解液中葡萄糖含量的分析
利用山东省科学院生物研究所 ＳＢＡ ４０Ｄ型生
物传感分析仪测定。
１ ５ ２ 水解液中总还原糖含量的分析
采用 ３，５ 二硝基水杨酸（ＤＮＳ）法测定［１５］。
１ ５ ３ 发酵液中乙醇含量的分析
采用气相色谱（ＧＣ）法测定乙醇含量［１６］。
２ 结果与讨论
图 １ 预处理方法对沙柳原料中纤维素与
半纤维素含量的影响
Ｆｉｇ １ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｎ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ
ａｎｄ ｈｅｍｉｃｅｌｌｕｌｏｓｅｓ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｉｎ Ｓａｌｉｘ
２ １ 预处理方法对沙柳原料组分的影响
参照文献［１７］的原料分析方法，对不同预处理
沙柳原料中纤维素与半纤维素含量进行分析，结果
见图 １。 由图 １ 可以看出：经过预处理后的原料其
组分含量发生了较大的变化。 超微粉碎＋稀酸、超
微粉碎＋稀碱处理过程中由于酸碱对原料的水解作
用，使得处理后的沙柳原料中半纤维素含量减少，
纤维素组分相对不易被水解导致其含量在原料中
相对增高。 在蒸气爆破过程中，蒸爆处理原料的纤
维素和半纤维素组分由于受到高温高压水的作用
而发生水解、热降解，导致纤维素和半纤维素含量
降低。 尤其半纤维素组分在高温长时间的处理过
程中大部分发生了自水解和降解，使其在原料处理
中含量最低［１８－１９］ 。
２ ２ 预处理方法对酶解的影响
比较经过不同预处理方法的沙柳原料在相同
的酶解条件下的水解效果结果见图 ２。 由图 ２ 可以
看出：蒸气爆破预处理沙柳原料水解效率最高，原
料的水解率可以达到 ９３ ８％。 这是由于沙柳原料
经蒸汽爆破预处理后，物料的粒度变小、致密的纤
维束相互分开松散、原料比表面积增大、天然纤维
的部分结晶结构破坏、物料中半纤维素和部分木质
素被降解以及纤维素内部氢键的破坏等，有利于增
加纤维素酶的可及度，从而提高了纤维素酶的水解
效率和原料的酶水解率［１２，２０］。
图 ２ 预处理方法对酶解的影响
Ｆｉｇ ２ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｍｅｈｏｄｓ ｏｎ
ｂａｔｃｈ ｅｎｚｙｍａｔｉｃ ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｓａｌｉｘ
超微粉碎＋稀碱预处理的过程机制与蒸气爆破
处理法不同，稀碱处理法利用 ＮａＯＨ中 ＯＨ－，使木质
素的醚键断裂，削弱纤维素、半纤维素的氢键，皂化
半纤维素和木质素之间的酯键。 随着醚键的减少，
部分果胶、木质素和半纤维素等低分子杂质溶解于
反应液中，同时纤维素膨胀，半纤维素溶解，原料的
空隙率增加。 稀碱处理后的原料中纤维素得到润
胀，结晶度降低，天然纤维素复杂的刚性结构被破
坏，进而提高了超微粉碎沙柳原料的酶解率。 超微
粉碎＋稀酸预处理过程可以将木质纤维素原料中半
纤维素水解为木糖，随着半纤维素的水解，原料中
纤维素的结晶度降低，原料变得疏松，从而可以增
大纤维素与纤维素酶的接触面积，进而提高原料的
酶解 效 率， 使 预 处 理 原 料 水 解 率 可 以 达
到 ７０％［１３－１４，２１－２２］。
２ ３ 高浓度底物补料对酶解的影响
为了获得较高的发酵产物浓度，木质纤维素原
料在酶解过程中通常采用增大底物浓度的方法。
但是较高的初始底物浓度会给原料的水解过程带
来严重的传热传质问题，因此为了加快原料的酶水
３ 第 ２期 林增祥等：沙柳原料高浓度底物酶解发酵乙醇工艺
解反应速度以及强化反应过程，通过分批补料的酶
解方式可以解决这一难题。
考察经不同预处理法后的沙柳原料在高浓度
底物条件下的水解效果，结果见图 ３。 由图 ３ 可以
看出：蒸爆处理原料的水解效果最好，在 ３０％底物
浓度，３０ ＦＰＵ ／ ｇ 底物的条件下，原料的水解率为
８７％，葡萄糖质量浓度 ９１ ｇ ／ Ｌ；当加酶量为 ６０
ＦＰＵ ／ ｇ底物时，原料水解率可以达到最大值，酶解
液中葡萄糖质量浓度 １０５ ｇ ／ Ｌ，总糖质量浓度 １３２
ｇ ／ Ｌ。 相对来讲，以超微粉碎＋稀酸、超微粉碎＋稀
碱处理原料时，由于原料无法充分酶解，为湿的物
料团块，非流体状态的酶解液，所以当酶加量达到
６０ ＦＰＵ ／ ｇ底物时，酶解体系为较黏稠的流体状态
酶解液。 在此条件下，超微粉碎＋稀酸处理原料水
解率为 ７３％，酶解液中葡萄糖质量浓度 ７５ ｇ ／ Ｌ，总
糖质量浓度 １２３ ｇ ／ Ｌ。 超微粉碎＋稀碱处理原料水
解率 ７２％，酶解液中葡萄糖质量浓度 ７７ ｇ ／ Ｌ，总糖
质量浓度 １３３ ｇ ／ Ｌ。
图 ３ 高浓底物补料对酶解的影响
Ｆｉｇ ３ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｈｉｇｈ ｓｏｌｉｄ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ
ｏｎ ｅｎｚｙｍａｔｉｃ ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ
２ ４ 高浓度底物水解液的乙醇发酵结果
通过比较蒸爆、超微粉碎＋稀酸、超微粉碎＋稀
碱预处理原料高浓度底物酶解液的发酵效果，结果
见图 ４。 由图 ４ 可以看出：蒸爆预处理原料酶解糖
液的乙醇发酵效果最好，发酵后的乙醇质量浓度最
高可以达到 ４７ ｇ ／ Ｌ。 相对来讲，发酵液中残留葡萄
糖质量浓度也较高，主要是因为蒸爆处理原料酶解
液的发酵体系中固形物含量较高所致，而较高的固
形物浓度易导致发酵糖液的流体状态比较黏稠，进
而影响了发酵过程的传质效果，使得有部分的葡萄
糖残留。 相比较而言，超微粉碎＋稀酸、超微粉碎＋
稀碱处理原料的酶解液中残留的葡萄糖质量浓度
较低，这是由于固形物浓度相对较低，因此发酵过
程中发酵糖液的黏度也比较小，促进了发酵过程的
传质效果，而发酵液中总糖残留较高说明在酵母发
酵过程中，酶解液中还有不能被酵母利用的木糖等
其他糖成分残留。
图 ４ 沙柳原料水解液乙醇发酵结果
Ｆｉｇ ４ Ｅｔｈａｎｏｌ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ Ｓａｌｉｘ ｈｙｄｒｏｌｙｚａｔｅ
３ 结 论
通过对蒸爆预处理、超微粉碎＋稀酸预处理、超
微粉碎＋稀碱预处理沙柳原料在相同酶解条件下的
酶水解效果的考察，可以看出蒸气爆破预处理沙柳
原料水解效率最高，原料的水解率可以达到
９３ ８％；超微粉碎＋稀酸、超微粉碎＋稀碱处理法水
解效果则相差不大。
通过对高浓度底物补料酶解效果的考察，可以
看出蒸气爆破预处理原料水解速度最快，酶解最终
底物质量浓度可以达到 ３０％，酶解 ４ ｄ 后酶解液中
总糖质量浓度达到 １３２ ｇ ／ Ｌ，葡萄糖质量浓度 １０５
ｇ ／ Ｌ；超微粉碎＋稀酸预处理原料底物质量浓度可以
达到 ２２％，酶解液中总糖质量浓度 １２３ ｇ ／ Ｌ，葡萄糖
质量浓度 ７３ ｇ ／ Ｌ；超微粉碎＋稀碱预处理原料底物
质量浓度可以达到 ２２％，酶解液中总糖质量浓度
１３３ ｇ ／ Ｌ，葡萄糖质量浓度 ７７ ｇ ／ Ｌ。
通过对酶解液发酵效果的考察可以看出，３ 种
预处理方法所得沙柳水解液都可以较好地被酿酒
酵母利用发酵产乙醇，蒸爆预处理的原料酶解液葡
萄糖浓度最高，因而发酵液中乙醇含量也最高，可
以达到 ４７ ｇ ／ Ｌ。 但是发酵液中葡萄糖有残留，利用
不充分，主要是因为高固含量的酶解发酵体系影响
了发酵过程的传质效果，使得水解液中糖成分不能
４ 生 物 加 工 过 程 第 １２卷
被充分的利用。 因此，为了提高葡萄糖的利用率，
后续的研究可以通过改进发酵反应器设计增加传
质效果，或者采取固液分离的发酵方法。
参考文献：
［ １ ］ 季蒙．内蒙古人工林建设历程及发展对策［ Ｊ］ ．内蒙古林业科
技，２０１０，３６（２）：３６⁃４２
［ ２ ］ Ａｍｉｄｏｎ Ｔ Ｅ，Ｗｏｏｄ Ｃ Ｄ，Ｓｈｕｐｅ Ａ Ｍ，ｅｔ ａｌ Ｂｉｏｒｅｆｉｎｅｒｙ：ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ
ｏｆ ｗｏｏｄｙ ｂｉｏｍａｓｓ ｔｏ ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ ｍａｔｅｒｉａｌｓ［ Ｊ］ ． Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆ Ｂｉｏｂａｓｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ Ｂｉｏｅｎｅｒｇｙ，２００８，２（２）：１００⁃１２０
［ ３ ］ 张红漫，赵晶，林增祥，等．中和剂对稀酸蒸爆玉米秸秆酶解
效果的影响［Ｊ］ ．生物加工过程，２０１１，９（１）：１⁃４
［ ４ ］ 吕浩，邢楠楠，林增祥，等．固定化纤维素酶对预处理纤维素
原料水解效果的影响［Ｊ］ ．生物加工过程，２０１１，９（５）：３８⁃４２
［ ５ ］ Ｓａｓｓｎｅｒ Ｐ，Ｍａｒｔｅｎｓｓｏｎ Ｃ Ｇ，Ｇａｌｂｅ Ｍ，ｅｔ ａｌ Ｓｔｅａｍ ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ
Ｈ２ＳＯ４ ⁃ｉｍｐｒｅｇｎａｔｅｄ Ｓａｌｉｘ ｆｏｒ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｂｉｏｅｔｈａｎｏｌ ［ Ｊ］ ．
Ｂｉｏｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００８，９９（１）：１３７⁃１４５
［ ６ ］ 伊丽平，韩卿．预处理条件对沙柳常压碱法化机浆质量的影
响［Ｊ］ ．陕西科技大学学报：自然科学版，２００８，２６（３）：４９⁃５２
［ ７ ］ 朱年青，夏文静，勇强．里氏木霉纤维素酶的分离纯化及酶学
性质［Ｊ］ ．生物加工过程，２０１０，８（３）：３９⁃４３
［ ８ ］ 王铎，常春．木质纤维素原料酶水解产乙醇工艺的研究进展
［Ｊ］ ．生物加工过程，２０１０，８（４）：７２⁃７７
［ ９ ］ 徐桂转，常春．纤维素生物质新型水解技术的研究进展［ Ｊ］ ．生
物加工过程，２０１２，１０（３）：７１⁃７６
［１０］ 林增祥，黄和，张红漫，等．球磨处理玉米秸秆纤维素原料的
工艺参数优化［Ｊ］ ．农业工程学报，２００９，２５（３）：２０２⁃２０５
［１１］ Ｈｕ Ｇ，Ｈｅｉｔｍａｎｎ Ｊ Ａ，Ｒｏｊａｓ Ｏ Ｊ Ｆｅｅｄｓｔｏｃｋ ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ
ｆｏｒ ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ ｅｔｈａｎｏｌ ｆｒｏｍ ｗｏｏｄ，ｂａｒｋ，ａｎｄ ｆｏｒｅｓｔ ｒｅｓｉｄｕｅｓ［ Ｊ］ ．
Ｂｉｏｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，２００８，３（１）：２７０⁃２９４
［１２］ 林增祥，李荣秀，刘莉，等．蒸汽爆破处理沙柳原料酶解条件
优化［Ｊ］ ．生物加工过程，２０１３，１１（５）：１⁃６
［１３］ 林增祥，李荣秀，刘莉，等．超微粉碎技术在沙柳原料预处理
中的应用［Ｊ］ ．中国酿造，２０１３，３２（２）：１１９⁃１２３
［１４］ 王晨光，林增祥，李荣秀，等．超微粉碎预处理沙柳原料酶解
条件优化［Ｊ］ ．中国酿造，２０１２，３１（１１）：８２⁃８６
［１５］ 杨建雄 ２１世纪高等院校教材：生物化学与分子生物学实验
技术教程［Ｍ］ ２版 北京：科学出版社，２００９
［１６］ Ｃｈａｕｄｈａｒｙ Ｇ，Ｓｉｎｇｈ Ｌ Ｋ，Ｇｈｏｓｈ Ｓ Ａｌｋａｌｉｎｅ ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄｓ
ｆｏｌｌｏｗｅｄ ｂｙ ａｃｉｄ ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｓａｃｃｈａｒｕｍ ｓｐｏｎｔａｎｅｕｍ ｆｏｒ
ｂｉｏｅｔｈａｎｏｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ［ Ｊ］ ． Ｂｉｏｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ２０１２， １２４：
１１１⁃１１８
［１７］ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ Ｅｎｅｒｇｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ． Ｓｔａｎｄａｒｄ ｂｉｏｍａｓｓ
ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ａｎａｌｙｔｉｃａｌ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ （ ＬＡＰ ） ［ ＥＢ ／ ＯＬ］． ［ ２０１３⁃０１⁃
０３］ ．ｈｔｔｐ： ／ ／ ｗｗｗ ｎｒｅｌ ｇｏｖ ／ ｂｉｏｍａｓｓ ／ ａｎａｌｙｔｉｃａｌ＿ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ ｈｔｍｌ
［１８］ Ｙａｎｇ Ｍ，Ｌｉ Ｗ，Ｌｉｕ Ｂ，ｅｔ ａｌ Ｈｉｇｈ⁃ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｓｕｇａｒｓ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ
ｆｒｏｍ ｃｏｒｎ ｓｔｏｖｅｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ ａｎｄ ｆｅｄ⁃ｂａｔｃｈ
ｐｒｏｃｅｓｓ［Ｊ］ ．Ｂｉｏｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１０，１０１（１３）：４８８４⁃４８８８
［１９］ Ｐａｒａｗｉｒａ Ｗ， Ｔｅｋｅｒｅ Ｍ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ ｔｏ ｏｖｅｒｃｏｍｅ
ｉｎｈｉｂｉｔｏｒｓ ｉｎ ｌｉｇｎｏｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ｈｙｄｒｏｌｙｓａｔｅｓ ｆｏｒ ｅｔｈａｎｏｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ：
ｒｅｖｉｅｗ［ Ｊ］ ． Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗｓ ｉｎ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ２０１１， ３１ （ １ ）：
２０⁃３１
［２０］ 陈尚钘，勇强，徐勇，等．蒸汽爆破预处理对玉米秸秆化学组
成及纤维结构特性的影响［Ｊ］ ．林产化学与工，２００９（增刊 １）：
３３⁃３８
［２１］ Ｌｉｎ Ｚ，Ｈｕａｎｇ Ｈ，Ｚｈａｎｇ Ｈ，ｅｔ ａｌ Ｂａｌｌ ｍｉｌｌｉｎｇ ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ｃｏｒｎ
ｓｔｏｖｅｒ ｆｏｒ ｅｎｈａｎｃｉｎｇ ｔｈｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｅｎｚｙｍａｔｉｃ ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ ［ Ｊ］ ．
Ａｐｐｌｉｅｄ Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ２０１０， １６２ （ ７ ）：
１８７２⁃１８８０
［２２］ Ｃｈｅｎ Ｍ， Ｚｈａｏ Ｊ， Ｘｉａ Ｌ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｆｏｕｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｈｅｍｉｃａｌ
ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ ｏｆ ｃｏｒｎ ｓｔｏｖｅｒ ｆｏｒ ｅｎｈａｎｃｉｎｇ ｅｎｚｙｍａｔｉｃ ｄｉｇｅｓｔｉｂｉｌｉｔｙ
［Ｊ］ ．Ｂｉｏｍａｓｓ ａｎｄ Ｂｉｏｅｎｅｒｇｙ，２００９，３３（１０）：１３８１⁃１３８５
（责任编辑 周晓薇）
５ 第 ２期 林增祥等：沙柳原料高浓度底物酶解发酵乙醇工艺