免费文献传递   相关文献

Woody Components and Enzymatic Hydrolysis Property of Tamarix ramosissima under Various Intensity of Steam Explosion

蒸汽爆破预处理对红柳木质组分及酶解性能的影响


以红柳为材料研究蒸汽爆破预处理强度系数lgR对木质组分和纤维素酶水解性能的影响。结果表明: 蒸汽爆破处理对红柳中纤维素和木质素含量的影响并不显著,但是它可以有效破坏红柳的天然物理结构,并且导致大部分半纤维素(木聚糖)产生自水解反应生成单糖和低聚糖溶出,同时产生乙酸、甲酸和糠醛等小分子降解产物。基于纤维素回收率和纤维素酶水解得率分析,在蒸汽爆破强度系数达到4.239时(爆破温度210℃和保温时间10 min)对红柳的预处理效果最佳,汽爆物料中纤维素的含量可达到 52.4%,残余木聚糖含量仅为2.01%,并生成0.76%甲酸和3.17%乙酸。采用每克纤维素20.0 FPIU的纤维素酶用量水解5%(w/w)该汽爆红柳物料48 h,纤维素酶水解得率可达到86.6%(未处理的原料仅为15.5%)。这表明无化学品添加的蒸汽爆破是适于红柳糖化及生物炼制的一种有效的预处理方法。

It’s essential and important to carry out research on the Tamarix ramosissima high-valued biorefining for promoting national land afforestation, ecological construction and agricultural income as Tamarix ramosissima plant is a kind of aboundant lignocellulosic resources in western China. In this study effects of steam explosion intensity(lgR)on the woody components and cellulose enzymatic hydrolysis performance of Tamarix ramosissima were presented during steam explosion pretreatment(SEP). The result showed that SEP hardly changed the contents of cellulose and sulfuric acid insoluble lignin in Tamarix ramosissima, however, it could break effectively the native structure of Tamarix ramosissima and promote most xylan to degrade into xylose by its auto-hydrolysis, in which some small molecule derivates came together, such as acetic acid, formic, furfural and so on. In view of the recovery ratio and the enzyme hydrolysis yield of cellulose in Tamarix ramosissima, maximum glucose yields upon enzymatic hydrolysis were obtained after pretreatment at 210℃ for 10 min. Based on the cellulose recovery rate and the cellulose hydrolysis yield, the optimum steam explosion pretreatment conditions for Tamarix ramosissima biorefinery was at the lgR value of 4.239(steam explosion temperature was 210℃, residence time was 10 min). And in the steam-exploded Tamarix ramosissima the cellulose content reached the highest value of 52.4%, while the residual xylan was only 2.01%, and generated 0.76% formic acid and 3.17% acetic acid. The enzymatic hydrolysis yield of cellulose in the steam exploded Tamarix ramosissima raised to 86.6% from 15.5% of the native material at lgR =4.239 with the cellulase loading of 20.0 FPIU/(g cellulose)after reaction for 48 h. Overall, this study showed that steam explosion without an acid catalysis is a good pretreatment method for saccharification of Tamarix ramosissima. Optimal steam explosion conditions need to be a compromise between sugar accessibility and sugar degradation.


全 文 :第 !" 卷 第 ## 期
$ % # $ 年 ## 月
林 业 科 学
&’()*+(, &(-.,) &(*(’,)
./01!"!*/1##
*/23!$ % # $
收稿日期" $%#$ 4%# 4%;# 修回日期" $%#$ 4%9 4%5$
基金项目" 国家林业局林业公益性行业科研专项’$%%6%!%#5( # 国家自然科学基金’9#%5%;#!( # 江苏省重大科技支撑项目’7)$%##"9"( #
江苏高校科技创新团队资助# 江苏高校优势学科建设工程资助$
!余世袁为通讯作者$
蒸汽爆破预处理对红柳木质组分及酶解性能的影响!
徐:红:徐:勇:勇:强:余世袁
’南京林业大学化学工程学院:南京 $#%%95(
摘:要! :以红柳为材料研究蒸汽爆破预处理强度系数 0H<对木质组分和纤维素酶水解性能的影响$ 结果表明"
蒸汽爆破处理对红柳中纤维素和木质素含量的影响并不显著!但是它可以有效破坏红柳的天然物理结构!并且导
致大部分半纤维素’木聚糖(产生自水解反应生成单糖和低聚糖溶出!同时产生乙酸)甲酸和糠醛等小分子降解产
物$ 基于纤维素回收率和纤维素酶水解得率分析!在蒸汽爆破强度系数达到 !1$96 时’爆破温度 $#% o和保温时
间 #% DA>(对红柳的预处理效果最佳!汽爆物料中纤维素的含量可达到 ;$1!e!残余木聚糖含量仅为 $1%#e!并生
成 %15\e甲酸和 91#5e乙酸$ 采用每克纤维素 $%1% ZY(i的纤维素酶用量水解 ;e’COC(该汽爆红柳物料 !" 纤维素酶水解得率可达到 "\1\e’未处理的原料仅为 #;1;e($ 这表明无化学品添加的蒸汽爆破是适于红柳糖化
及生物炼制的一种有效的预处理方法$
关键词" :红柳# 蒸汽爆破预处理# 反应强度# 纤维素酶水解
中图分类号! +l9;91!:::文献标识码! ,:::文章编号! #%%# 45!"""$%#$### 4%%6$ 4%a""52 !"#$"),)1(%)5P)R2#%1’.[25&"32(’(?&"$,&12 "*:"#"5+6 5"#&/+//+#"
4)5,&A%&’"4(Y)1,)(’12 "*-1,%#PZ$3"(’")
UI J/>H:UI M/>H:M/>HlA=>H:MI &
’3)5$2$),3>$;0=’5I1201$$*012! K’1@012 8)*$9+*%J106$*90+%:K’1@012$#%%95(
67(1&%.1" :(S/FBFFB>SA=0=>Q ADE/CS=>SS/R=CCL/ISCBFB=CR< /> SA>HO/C
EC/D/SA>H>=SA/>=00=>Q =O/CBFS=SA/>! BR/0/HAR=0R/>FSCIRSA/> =>Q =HCARI0SIC=0A>R/DB=F-’;’*0F*’;)90990;’ E0=>SAF=
PA>Q /O=N/I>Q=>S0AH>/RB0I0/FARCBF/ICRBFA> TBFSBC> ’=3(> S A>SB>FASL’0H<(/> ST//QLR/DE/>B>SF=>Q RB0I0/FBB>XLD=SARRB/O-’;’*0F*’;)90990;’ TBCBECBFB>SBQ QICA>HFSB=D
BVE0/FA/> ECBSCB=SDB>S’ &)Y(3+HBQ S
SB>SF/ORB0I0/FB=>Q FI0OICAR=RAQ
A>F/0IN0B0AH>A> A> -’;’*0F*’;)90990;’! =SA2BFSCIRSICB/O-’;’*0F*’;)90990;’
=>Q EC/D/SBD/FSVL0=> S/QBHC=QBA>S/VL0/FBNLASF=IS/? TS/HBSQ F//>3(> 2ABT/OSQ SXLDBRB0I0/FBA> -’;’*0F*’;)90990;’! D=VADIDH0IR/FBLAB0QFIE/> B>XLD=SARBQ =OSBCECBSCB=SDB>S=S
$#% o O/C#% DA>37=FBQ /> SQ S
ECBSCB=SDB>SR/>QASA/>FO/C-’;’*0F*’;)90990;’ NA/CBOA>BCLT=F=SS SBDEBC=SICB
T=F$#% o! CBFAQB>RBSADBT=F#% DA>(3,>Q A> SSB>SCB=RS T=F/>0L$1%#e! =>Q HB>BC=SBQ %15\e O/CDAR=RAQ =>Q 91#5e
=RBSAR=RAQ3+XLD=SAR S#;1;e /OS=SA2BD=SBCA=0=S0H< d!1$96 TAS< SH/O$%1% ZY(ib’HRB0I0/FB(=OSBCCB=RSA/> O/C
!" <3c2BC=0! S TAS =RAQ R=S=0LFAFAF=H//Q ECBSCB=SDB>SDBSF=RR<=CAOAR=SA/> /O-’;’*0F*’;)90990;’BcESAD=0FSB=D BVE0/FA/> R/>QASA/>F>BBQ S/NB=R/DEC/DAFBNBSTBB> FIH=C
=RRBFFANA0ASL=>Q FIH=CQBHC=Q=SA/>3
8,2 9"&5(" :-’;’*0F*’;)90990;’# FSB=DBVE0/FA/> ECBSCB=SDB>S# CB=RSA/> A>SB>FASL# RB0I0/FBB>XLD=SAR::红柳’-’;’*0F*’;)90990;’(是高原上一种常见 的典型植物!在我国西部地区拥有丰富的资源!仅每
:第 ## 期 徐:红等" 蒸汽爆破预处理对红柳木质组分及酶解性能的影响
年平茬所产生的废弃种条就达到百万吨$ 作为一种
可再生的植物纤维资源!红柳细胞壁中富含纤维素
和半纤维素类糖组分!是一种潜在的生物炼制生物
基化学品和燃料的优质原料!开展此类资源高效生
物利用技术的研发!对于推动西部的国土绿化)生态
建设)林业资源的高值利用和农业增收都具有重要
意义’李世忠! $%##($ 目前!国内外有关红柳生物
炼制技术和工艺的研究报道较少$
如同其他木质纤维原料!红柳的生物炼制必须
经过原料的预处理!其中蒸汽爆破 ’以下简称为汽
爆(可以有效破坏木质纤维素的大分子结构!暴露
纤维素或半纤维素!增加后续酶水解反应的有效比
表面积!具有速度快)操作简单和化学药品消耗少等
优势!可用于木质纤维原料的预处理’@LD=> $+’5B!
$%%;($ 原料组分和结构的差异可能会造成汽爆预
处理的效果大相径庭!而反应强度系数作为一个工
艺参数的综合指标可以较好地评价汽爆预处理效果
’王堃等! $%%\# JB>QCAPF$+’5B! $%%6($ 本文以汽
爆反应温度和保温时间拟合成反应强度系数 0H<
’g=NB0$+’5B! $%%5(!研究其对红柳的物理结构和化
学组成的影响!并且通过纤维素酶水解性能进一步
评价汽爆预处理效果!优化汽爆的工艺参数!为红柳
生物炼制的相关研究提供理论指导$
#:材料与方法
:;:<原料及仪器
原料来自甘肃永靖县!为 9 ‘; 年生红柳的平茬
枝条!直径 #; ‘9% DD!风干后剪切至 ; ‘\ RD段备
用$ 主要组分为纤维素 951!e)木聚糖 #"1!e)木
质素 9!1;e$ 试验所用的纤维素酶来自 FAHD=?
=0QCAR主要仪器有 91% -全自动蒸汽爆破装置’实验
室自制()高效液相色谱 ’,HA0B>S+BR<>/0/HABF#$%%
&BCABF()粉碎机 ’(g,,## N=FAR()摇床 ’A>>/2=SA2B
!%%%()环境扫描电镜’lI=>S=$%%()阳极转靶 U射
线衍射仪’8bD=V$;%%bY’()电子天平’Z,#%%!*()
紫外分光光度计 ’i0SC/FEBR$#%% EC/! ,DBCF<=D
7A/FRAB>RBF()离心机’+:;=<预处理及组分分析
采用双平行试验’控制平行误差小于 ;1%e(!
取风干红柳 #%% H按表 # 所示的强度系数 0H<进行
汽爆预处理!其中 中" +为保温时间’DA>(!-为爆破温度’ o($ 汽爆
后的红柳被称为汽爆料!再经过滤分离后可得到水
溶物和固体渣$
表 :<汽爆预处理条件及对应的强度系数
+%7>:<-1,%#,Z$3"(’")$&,1&,%1#,)1.")5’1’")(
%)51B,."&&,($")5’)C (1&,)C1B*%.1"&
爆破温度
&SB=DBVE0/FA/>
SBDEBC=SICBbo
保温时间
hBFAQB>RB
SADBbDA>
汽爆强度
&SB=DBVE0/FA/> A>SB>FASL
0H<
$#% #; !1!#;
$#% #$ !19#"
$#% #% !1$96
$#% " !1#!$
$%% #% 916!!
$#% ; 9169"
#6% #% 91\;%
$%% ; 91\!9
$%% $1; 919!$
$%% #1; 91#$%
$%% # $16!!
:;@<固形渣的纤维素酶水解
采用双平行试验 ’控制平行试验误差小于
;1%e($ 采用 ;%1% H的反应体系!调节底物浓度
;1%e’COC(!加入纤维素酶用量为每克纤维素
$%1% ZY(i!在 EJ!1"%);% o条件下进行酶水解反
应$ 定时取样 %1; D-经失活后进行高效液相色谱
分析检测$
:;E<分析检测与计算
参照 *h)-方法分析和测定各样品的纤维素)
木聚糖)木质素)单糖和抑制物其他主要成分
’&0IASBC$+’5B! $%%"(!采用 ,HA0B>S#$%% 高效液相色
谱仪以 7A/?h=Q JYU?"5J色谱柱测定$ 扫描电镜观
察!样品冷冻干燥!干燥后样品粘台!真空喷金!观察
纤维形状!拍照$ U射线衍射分析!采用 ’I 靶$ 测
定参数为"管电压 !% P.!管电流 $%% D,!NFd# !^
8Fd# !^
4#$ 固体
渣的纤维素酶水解得率计算公式为"
酶解得率’e( d 还原糖质量 a%16
原料质量 a纤维素含量
a#%%e$
$:结果与讨论
=;:<汽爆强度对红柳物理结构的影响
汽爆预处理可以有效改变木质纤维原料红柳的
天然结构!并且随着汽爆预处理强度系数的提高!反
应的激烈程度不断增加!导致汽爆红柳的颜色由褐
色逐渐向黑色过渡!外形由块状向纤维状和泥浆状
过渡$ 图 # 中 =‘R为红柳原料和经不同强度系数
汽爆预处理物料的扫描电镜图$ 对比它们木质纤维
表面的 $ !%% 倍扫描电镜图像可见!天然红柳的木
质纤维表面比较光滑!纤维之间排列规则)紧密!成
球状或块状附着在纤维素表面!据报道称为木质素
96
林 业 科 学 !" 卷:
’图 #=(# 经过汽爆处理后!组织变得松散!空腔增
大!纤维表面出现大量的裂纹和裂片!纤维束间发生
分离!出现原纤化现象!这样就十分有利于提高纤维
素大分子在后续酶水解过程中的反应速率和得率$
比较图 #N 和图 #R可以发现!随着汽爆预处理强度
系数的提高!反应活化能进一步提高!木质纤维原料
物理结构的破坏程度加剧!当强度系数 0H<超过一
定范围后!原料中的木质素又会发生熔融并且重新
覆盖纤维素大分子# 同时纤维素大分子的非结晶区
也开始降解!导致可酶解的纤维素量减少!也会最终
影响原料酶水解的得糖率# 另外还会引起预处理设
备的制造及运行成本的上升$ 从图 $ 中可以看出!
原料红柳的相对结晶度为 ;61"e!而经过汽爆处理
的物料相对结晶度显著降低!并且在一定范围内强
度系数越大!相对结晶度越低!在 0H相对结晶度为 9$1"e!而 0H为 ;%1#e!这说明强度系数过大会造成重结晶现象
的发生’谢芳等! $%%9(!这与 &)[检测结果一致$
因此!寻找适度的汽爆预处理条件是红柳原料糖化
和生物炼制的基础$
图 #:红柳经汽爆处理前后扫描电镜照片
ZAH3#:&)[E=SA2B=>Q FSB=D?BVE0/QBQ -’;’*0F*’;)90990;’
放大倍数为 $ !%% ,0/OSAOAR=SA/> AF$ !%%$ =3机械粉碎后的红柳 -’;’*0F*’;)90990;’ =OSBCDBR<=>AR=0
RCIF
H#N30H-’;’*0F*’;)90990;’ =OSBC&)Y!0H图 $:红柳原料和爆破后物料的 U射线衍射
ZAH3$:U?C=LQAOC=RSA/> E=SBC>F/O>=SA2B=>Q FSB=D?BVE0/QBQ -’;’*0F*’;)90990;’
=3机械粉碎后的红柳 -’;’*0F*’;)90990;’ =OSBCDBR<=>AR=0RCIF
H# N30H*’;)90990;’ =OSBC&)Y!0HQ30H< d!1!#; 汽爆后的红柳 -’;’*0F*’;)90990;’ =OSBC&)Y!0H!6
:第 ## 期 徐:红等" 蒸汽爆破预处理对红柳木质组分及酶解性能的影响
=;=<汽爆强度对红柳化学组成的影响
为了进一步表征汽爆对红柳原料各组分的影
响!对各种汽爆强度系数下预处理得到的固体渣和
溶出物同步进行化学分析和检测!结果分别如图 9
和表 $ 所示$
图 9:汽爆强度对固形物组分的影响
ZAH39:+B>SFI>QBC2=CA/IF
A>SB>FASL/OFSB=DBVE0/FA/>
由图 9 可见!随着汽爆强度系数的上升!红柳中
的木聚糖被不断水解和降解溶出!导致汽爆固体渣
中木聚糖含量总体呈持续下降的趋势# 当 0H<#
91\!9 时!固体渣中残留的木聚糖的含量迅速减少#
至反应强度系数超过 !1!#; 时!由于残留木聚糖的
含量较低!并且它们主要是与纤维素和木质素组分
紧密结合!汽爆强度对木聚糖的溶出的影响作用减
弱$ 在试验范围内!红柳汽爆后固体渣中木聚糖的
含量可降低至 #19"e$ 这说明蒸汽爆破预处理对
红柳木聚糖的溶出十分有效$
与木聚糖相比!纤维素和酸不溶木质素在汽爆
过程中较为稳定$ 由于木聚糖的溶出致使固体渣中
纤维素和木质素的含量随着汽爆强度的提高呈逐渐
上升的趋势$ 在强度系数 0H<%!1$96 时!汽爆后
红柳渣的纤维素含量随着强度系数的提高总体上呈
缓慢上升趋势!当强度系数为 !1$96 时!物料的纤维
素含量达到 ;$1!e!超过此强度值则会引起固体渣
中的纤维素含量迅速下降$ 结合表 $ 的分析结果可
知!损失的纤维素部分并未生成葡萄糖!而是转变成
其他的成分被损失$
表 =<汽爆强度对红柳溶出物得率及固形物得率的影响
+%7>=汽爆强度 纤维素 木聚糖 乙酸 甲酸 糠醛 羟甲基糠醛 固形物得率
0H< ’B0I0/FB UL0=> ,RBS=SB Z/CD=SB ZICOIC=0 J[Z &/0AQ LAB0Q
!1!#; %1;#! #15\9 #1"9! %1!95 %1;;$ %1$%; \"1!;
!19#" %159! $1$;6 #1"6; %1!;6 %1\95 %19;6 5%1!$
!1$96 #1$;5 91!;; 91#5% %15\% %1"%$ %19"% 5\1;9
!1#!$ %1"$; #16#" $155$ %1\;9 %16$" %1$69 5519!
916!! %1"56 #1""$ $1$%; %165" %19$# %15"6 5"1#9
9169" %15;\ #19!" #1\!; %1!5# %1"$9 %1!6! 5"1!!
91\;% #1%5# #1\99 #16$% %1$"; %195! %1#9; 561%6
91\!9 %1\!# #15!6 #1%\; %1\\; %1$"# %19"; 561"5
919!$ %19$; %15;" %1"\6 %1$6; %1#%5 %1### 56169
91#$% %1$"; %15;$ %169" %19$$ %1#%$ %1%69 "%1\5
$16!! %1#9$ %165\ %16%9 %1$"9 %1#;# %1%"$ "%1";
::表 $ 的物料分析结果表明!红柳在汽爆预处理
过程中会产生众多的水溶性小分子!这主要来源于
原料中各种大分子的水解和降解产物!如木糖)葡萄
糖类单糖和木质素等!再经进一步降解衍生成多种
复杂的小分子酸和呋喃类抑制物 ’G=0QA2=C$+’5B!
$%%## Y=0Dk2AFS$+’5B! $%%%(!如甲酸)乙酸)乙酰丙
酸); 4羟甲基糠醛)糠醛 ’含量较少!表中未列出(
和种类繁多的酚类等$ 其中!乙酸主要来自半纤维
素乙酰基的降解)糠醛为木糖的降解所得); 4羟甲
基糠醛和乙酰丙酸来自于葡萄糖的分解!糠醛和 ;
4羟甲基糠醛的进一步分解可以生成甲酸!酚类则
由木质素降解或缩聚而成’朱均均等! $%%6($
从总体规律上来看!随着强度系数的提高!固形
物的得率呈下降趋势!在 0H<% !1$96 范围内其固
形物得率差别较小!维持在 5"e左右!当 0H<]
!1$96 时!其固形物得率较低!红柳中木聚糖和葡聚
糖的水解溶出率呈上升的趋势!并且对木聚糖的影
响效果明显强于纤维素$ 其中!纤维素水解溶出率
的变化趋势较为稳定!而木聚糖的规律性波动明显!
这与 $ 种聚糖的组成和大分子结构有关$ 纤维素是
组成和结构更为规则的线性大分子!而木聚糖是高
度无定形)多侧链的复杂混合结构$ 在高温汽爆条
件下!前者的水解反应活化能趋于一致!因而高热自
水解反应相对均匀# 而后者的反应活化能的差异较
大!故反应不均匀!在不同的汽爆强度下呈现出一定
程度的数据波动$
;6
林 业 科 学 !" 卷:
红柳汽爆物料的化学分析结果表明!汽爆用于
红柳的预处理主要是对原料中木聚糖进行水解和降
解作用!提高纤维素的有效含量!同时有效破坏红柳
的木质天然结构!增大物料的比表面积’M=> $+’5B!
$%%6# -A> $+’5B! $%#%(!以利于后续的纤维素酶水
解效率的提高$ 基于木聚糖水解溶出得率的考虑!
在汽爆强度系数 0H温时间 #% DA>(时!红柳中木聚糖水解溶出率最高!
可达到 91!\e!即占原料木聚糖的 #"1"e# 对应的
葡萄糖溶出率仅为 #1$\e!仅占原料纤维素的
9195e!即半纤维素的溶出是纤维素的 \ 倍$ 由此
可见!适宜的汽爆预处理可以有效地分离红柳中的
木聚糖类半纤维素!有利于后续的纤维素酶水解$
=;@<汽爆强度对红柳纤维素酶水解性能的影响
以上述不同汽爆强度条件下得到的汽爆固体渣
为底物!控制底物浓度 ;1%e’COC(!以每克纤维素
$%1% ZY(i的纤维素酶用量分别水解 $! < 和 !" 酶解得率与汽爆强度)物料中纤维素含量的相互关
系如图 ! 所示$
图 !:汽爆强度对红柳酶水解性能的影响
ZAH3!:)OBRSF/OFSB=DBVE0/FA/> FSCB>HS< /> B>XLDB
图中 *& 表示的是经过机械粉碎后过 $% ‘"% 目筛的红柳原
料$ +DBR<=>AR=0RCIF
H3
图 ! 表明!红柳经过适当的汽爆预处理!可以显
著提高纤维素酶对物料的酶解效率$ 在 0H!1$96 的范围内!汽爆物料的酶解得率随着汽爆强
度的增加而增加# 至 0H< d!1$96 时!$! < 和 !" <
的酶解得率均可达到最高值 5"1%e和 "\1\e# 但
是当 0H<高于 !1$96 以后!酶解得率又呈迅速下降
的趋势$ 蒋建新等 ’$%%" (蒸汽爆破预处理沙柳
’7’50FE9’;;)E>05’(的酶解得率呈现相同的变化规
律!即蒸汽爆破预处理可以有效地增加酶解得率!但
当强度过大时!酶解得率反而下降$ 汽爆后沙柳在
底物浓度为 $1%e)酶用量每克纤维素 $%ZY(i反应
5$ < 后酶解得率仅为 \61"#e!明显低于汽爆后红
柳的酶解得率$
综合 $1# 和 $1$ 进行分析可知!汽爆红柳的纤
维素酶水解得率上升与残余木质素的含量关系不明
显!而与原料的天然木质纤维结构的破坏程度)尤其
是木聚糖的溶出率呈正相关!同时受纤维素含量的
影响’J/C> $+’5B! $%##($ 过度的汽爆预处理反而
会引起酶水解得率下降!主要原因是过高强度的汽
爆一是造成部分纤维素的损失!尤其是非结晶区易
于酶水解纤维素的流失!二是导致部分木质素重新
熔融并包裹纤维素!二者的叠加效应致使在高汽爆
强度条件下红柳汽爆固体渣的酶解得率下降$
高效)清洁预处理是木质纤维原料糖化及生物
炼制的首要步骤!目前主要为化学法和蒸汽爆破法
等$ 其中!化学法存在着化学品消耗和环境污染的
压力!与之相比蒸汽爆破具有处理时间短)污染少和
能耗低的优点!具有发展前途$ 汽爆红柳的酶解结
果表明!汽爆用于红柳的糖化及生物炼制的预处理
十分有效!汽爆强度系数是影响纤维素含量和酶水
解性能的一个重要影响因素$ 在试验范围内!汽爆
强度系数 0H< d!1$96 ’温度 $#% o!保温时间
#% DA>(是最佳汽爆预处理工艺条件!汽爆渣的纤维
素酶水解得率可达到 "\1\e$
9:结论
汽爆预处理可以有效破坏红柳的天然结构!减
少半纤维素和木素对纤维素的包裹作用!并且在一
定范围内强度系数越大!破坏程度越大!当强度系数
超过 !1$96’爆破温度 $#% o!保温时间 #% DA>(时!
会造成木质素会发生熔融重新包裹纤维素及重结晶
现象!影响后续酶解得率$
汽爆预处理可以有效降解并溶出红柳中的木聚
糖!进而提高纤维素的有效含量$ 随着汽爆强度系
数的上升!汽爆物料中残留的木聚糖含量迅速下降!
纤维素含量缓慢上升$ 当 0H量达到 ;$1!e!木聚糖含量降至最低达到 $1%#e$
汽爆红柳的纤维素酶水解得率上升与残余木质
素的含量关系不明显!而与原料的天然木质纤维结
构的破坏程度)尤其是木聚糖的溶出率呈正相关!同
时受纤维素含量的影响$ 基于纤维素回收率)酶解
得率和糖降解率!得到红柳的最佳汽爆工艺条件为
爆破温度 $#% o!保温时间 #% DA>’0H在 ;1%e ’COC( 底物浓度和酶用量每克纤维素
\6
:第 ## 期 徐:红等" 蒸汽爆破预处理对红柳木质组分及酶解性能的影响
$%ZY(i酶水解反应 !" 到 "\1\e!比天然红柳的酶解得率 #;1;e提高近
;1\ 倍$ 蒸汽爆破作为一种简单快速)化学药品和
能耗低的预处理技术适宜于红柳的糖化和生物
炼制$
参 考 文 献
李世忠3$%##3永靖县发展红柳资源的必要性与可行性探究3吉林农
业! ’!( "$9!3
蒋建新!刘圣英!马雅涛!等3$%%"3蒸汽爆破预处理对沙柳组成及纤
维结构性能影响研究3现代化工!$"’$( "!6 4;93
王:堃!蒋建新!宋先亮3$%%\3蒸汽爆破预处理木质纤维素及其生
物转化研究进展3生物质化学工程!!%’\( " 95 4!$3
谢:芳!邵自强!吕秉峰3$%%93纤维素蒸汽闪爆改性前后的溶解性能
及结构表征研究3合成技术及应用! #"’$( "# 4!3
朱均均!勇:强!陈尚钘!等3$%%63玉米秸秆蒸汽爆破降解产物的分
析3林产化学与工业! ’$6( "$$ 4$\3
JB>QCAPF, +! GBBD=> K3 $%%63YCBSCB=SDB>SF S/ B><=>RB SQAHBFSANA0ASL/O0AH>/RB0I0/FARNA/D=FF37A/CBF+BR<>/0! #%%’#( "#%
4#"3
J/C> & j! )FSB2BX[[! *AB0FB> Jg! $+’5B$%##37A/H=FEC/QIRSA/>
=>Q F=RR<=CAOAR=SA/> /O7’50FECBSCB=SBQ =SQAOBCB>SFSB=DBVE0/FA/>
R/>QASA/>F37A/CBF/ICRB+BR<>/0/HL! #%$’#5( " 569$ 4569\3
g=NB0[,! 7/FK! GBB2=0PA>Hj! $+’5B$%%53)OBRS/OECBSCB=SDB>S
FB2BCASL/> VL0=> F/0INA0ASL=>Q B>XLD=SAR NCB=P Q/T> /OSCBD=A>A>HRB0I0/FBOC/DT/0/HL! 6"
’#%( "$%9! 4$%!$3
-A> G! JI=>HJ! G<=>HJ! $+’5B$%#%37=0DA0A>HECBSCB=SDB>S/O
B><=>RA>HSRL/OB>XLD=SARQ
7A/SBR<>/0/HL! #\$’5( " #"5$ 4#""%3
Y=0Dk2AFS)! J=<>?J~HBCQ=073$%%%3ZBCDB>S=SA/> /O0AH>/RB0I0/FAR
Q DBR<=>AFDF /O A>3
7A/CBF/ICRB+BR<>/0/HL! 5!’#( " $; 4993
&0IASBC,! J=DBF7! hIAXh! $+’5B$%%"3-=N/C=S/CLSBR<>AR=0CBE/CS3
*h)-b+Y?;#%?!$\#"3
@LD=> ’ )! 8=0B7 )! )0=>QBCh +! $+’5B$%%;3’//CQA>=SBQ
QB2B0/EDB>S/O0B=QA>HNA/D=FFECBSCB=SDB>SSBR<>/0/HABF37A/CBF
+BR<>/0! 6\’#"( " #6;6 4#6\\3
M=> -! G<=>HJ! ’ j! $+’5B$%%638A0ISBFI0OICAR=RAQ RLR0BFEC=L
O0/T?SS/OR/C> FS/2BCO/CB><=>RBDB>S/OFIH=C
CBR/2BCL37A/CBF/IRB+BR<>/0/HL! #%%’;( "#"%9 4#"%"3
G=0QA2=Cj! *AB0FB> j! c0FF/> -3$%%#3ZIB0BS<=>/0EC/QIRSA/> OC/D
0AH>/RB0I0/FB" =R<=0B>HBO/CDBS=N/0ARB>HA>BBCA>H=>Q EC/RBFF
(>SBHC=SA/>3,EE0[ARC/N 7A/SBR!责任编辑:石红青"
56