北京化工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：主监日期：关于论文使用授权的说明学位论文作者完全了解北京化工大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京化工大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。保密论文注释：本学位论文属于保密范围，在一年解密后适用本授权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。导师签名：．目期：卫哞皿日期：捌埠虹学位论文数据集中图分类号论文编号Ｘ７１２１００１０２０１３０２５３１００１０学科分类号密级６１０．３０２５公开学位授予单位代码作者姓名获学位专业名称课题来源论文题目关键词论文答辩日期学位授予单位名称学号北京化工大学２０１００００２５３０８３０００张佳环境科学与工程国家“８６３”项目获学位码研究方向固体废物资源化ＮａＯＨ预处理后的玉米秸纤维素酶水解效果试验研究玉米秸，预处理，纤维素酶水解，优化２０１３年５月２５日木论文类型基础研究学位论文评阅及答辩委员会情况姓名职称副教授教授高工工作单位北京化工大学北京化工大学北京市环境卫生设学科专长指导教师评阅人１评阅人２评阅人３评阅人４评阅人５刘研萍杨晓进李荣平固体废物资源化环境工程环境工程计科学研究所答辩委员会答辩委员１答辩委员２答辩委员３李秀金冯流王京刚教授北京化工大学固体废物资源化环境化学大气污染控制大气污染控制教授副教授副教授副教授北京化工大学北京化工大学北京化工大学徐仲均林爱军答辩委员４答辩委员５北京化工大学环境修复注：一．论文类型：１．基础研究２．应用研究３．开发研究４．其它二．中图分类号在《中国图书资料分类法》查询。三．学科分类号在中华人民共和国国家标准（ＧＢ／Ｔ１３７４５．９）（（学科分类与代码》中查询。四．论文编号由单位代码和年份及学号的后四位组成。摘要ＮａＯＨ预处理后的玉米秸纤维素酶水解效果试验研究摘要农作物秸秆可以通过厌氧消化等过程转化成生物质能源，但是秸秆本身致密的结构难以降解，需要采用一定的预处理手段改善其可降解性能。水解阶段是厌氧消化过程的限速步骤，通过纤维素酶水解方式可以加快秸秆水解过程，以缩短厌氧消化周期。采用不同ＮａＯＨ浓度和预处理时间对玉米秸进行预处理试验，研究预处理后玉米秸失重率、木质纤维素含量、浸泡液ＣＯＤ和还原糖浓度以及微观结构变化。结果表明ＮａＯＨ浓度为１０％、预处理１ｄ试验组玉米秸失重率最小；总木质纤维素和半纤维素含量相对于未添加ＮａＯＨ试验组分别降低了３２．１１％和４８．６４％；秸秆浸泡液ＣＯＤ浓度达到６２．５ｇ・Ｌ～；微观结构显示玉米秸表面发生断裂，表征半纤维素的特征峰消失，纤维素晶体结构并无改变。将不同条件预处理后玉米秸进行纤维素酶水解试验，研究酶水解后水解液还原糖浓度、玉米秸纤维素和半纤维素降解率、酶水解率以及微观结构变化。结果表明ＮａＯＨ浓度为１０％、预处理ｌｄ试验组酶水解效果最佳，其还原糖浓度为４６．７０９・Ｌ～；纤维素和半纤维的降解率分别为５０．８７％和８０．５４％、酶水解率为５１．０７％；微观结构显示玉米秸内部裸露出来，无定形区的大量水解使得玉米秸整体结晶度有所增加。采用单因子试验和正交试验对ＮａＯＨ浓度１０％、预处理ｌｄ玉米秸酶水解条件进行优化。结果表明酶水解最优条件为：温度４０。Ｃ、ｐＨ＝５、酶浓度３００Ｕ・ｇ。１（ＴＳ）、反应时间４８ｈ，此条件下还原糖浓度为５１．００９・Ｌ～；正交试验分析可知ｐＨ对酶水解还原糖浓度有显著影响，温度、ｐＨ和酶浓度三因素影响主次顺序为：ｐＨ＞酶浓度＞温度。关键词：玉米秸，预处理，纤维素酶水解，优化摘要ＣＥＬＬＵＬＡＳＥＨＹＤＲＯＬＹＳＩＳＯＦＳＯＤＩＵＭＨＹＤＲＯＸＩＤＥＰＲＥＴＲＥＡＴＥＤＣｏＲＮＳＴＲＡＷＡＢＳＴＲＡＣＴＡｎａｅｒｏｂｉｃｄｉｇｅｓｔｉｏｎｏｆｓｔｒａｗｉｓｂｌｏｃｋｅｄｂｙｔｈｅｄｅｎｓｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｌｉｇｎｏｃｅｌｌｕｌｏｓｅ．Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｉｓｎｅｅｄｅｄｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｂｉｏｄｅｇｒａｄａｂｌｅｏｆｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｓｔｒａｗ．Ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓｓｔａｇｅｉｓｔｈｅｒａｔｅ‘ｌｉｍｉｔｉｎｇｓｔｅｐａｎａｅｒｏｂｉｃｄｉｇｅｓｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ．ＴｈｅｕｓｅｏｆｅｎｚｙｍｅＣａｎｓｐｅｅｄｕｐｔｈｅｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓｐｒｏｃｅｓｓｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｈｏｒｔｅｎａｎａｅｒｏｂｉｃｄｉｇｅｓｔｉｏｎｔｉｍｅ．ＣｏｒｎｓｔｒａｗｗａｓｐｒｅｔｒｅａｔｅｄｂｙＮａＯＨｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎａｎｄｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｔｉｍｅ．Ｔｈｅｗｅｉｇｈｔｌｏｓｅ，ｌｉｇｎｏｃｅｌｌｕｌｏｓｅｒｅｄｕｃｔｉｏｎ，ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆＣＯＤａｎｄｒｅｄｕｃｉｎｇｓｕｇａｒｆｒｏｍｔｈｅｓｏａｋｉｎｇｌｉｑｕｉｄｏｆｔｈｅｐｒｅｔｒｅａｔｅｄｓｔｒａｗａｎｄｔｈｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃｈａｎｇｅｗｅｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｔｅｓｔｏｆｌｄｒｅａｃｈｅｄｇｒｏｕｐｗｉｔｈＮａＯＨｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆ１０％ａｎｄｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｔｉｍｅｔｈｅｈｉｇｈｅｓｔｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．Ｔｈｅｌｉｇｎｏｃｅｌｌｕｌｏｓｅａｎｄｈｅｍｉｃｅｌｌｕｌｏｓｅｒｅｄｕｃｔｉｏｎｒｅａｃｈｅｄ３２．１９％和５０．００％ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ；ＣｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆＣＯＤｒｅａｃｈｅｄ６２．５ｇ－Ｌ１；Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃｈａｎｇｅｓｈｏｗｅｄｓｕｒｆａｃｅｏｆｔｈｅｃｏｒｎｓｔｒａｗｗａｓｂｒｏｋｅｎ．Ｈｅｍｉｃｅｌｌｕｌｏｓｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｐｅａｋｄｉｓａｐｐｅａｒｅｄｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ｂｕｔｔｈｅｃｒｙｓｔａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｃｅｌｌｕｌｏｓｅｗａｓｓｔｉｌｌｕｎｃｈａｎｇｅｄ．Ｃｅｌｌｕｌａｓｅｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓｔｅｓｔｗａｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｗｉｔｈｃｏｍｓｔｒａｗｗｈｉｃｈｗａｓｐｒｅｔｒｅａｔｅｄａｆｔｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅｒｅｄｕｃｉｎｇｓｕｇａｒｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ，北京化工大学硕士学位论文ｃｅｌｌｕｌｏｓｅａｎｄｈｅｍｉｃｅｌｌｕｌｏｓｅｒｅｄｕｃｔｉｏｎ，ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓｒａｔｅａｎｄｔｈｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃｈａｎｇｅｗｅｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ．ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｔｅｓｔｇｒｏｕｐｗｉｔｈＮａＯＨｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆ１０％ａｎｄｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｔｉｍｅｏｆｌｄｒｅａｃｈｅｄｔｈｅｈｉｇｈｅｓｔｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．Ｔｈｅｒｅｄｕｃｉｎｇｓｕｇａｒｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｅｌｌｕｌａｓｅｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓｗａｓａｎｄｈｅｍｉｃｅｌｌｕｌｏｓｅｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｒａｔｅｒａｔｅ４６．７０９・Ｌ。１；Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅｗａｓ５０．８７％矛Ｈ８０．５４％ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙａｎｄｔｈｅｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓｗａｓ５１．０７％．Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｉｎｓｉｄｅｏｆｔｈｅｓｔｒａｗｗａｓｅｘｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｉｔｙｏｆｃｅｌｌｕｌｏｓｅｉｎｃｒｅａｓｅｄｂｅｃａｕｓｅａｌａｒｇｅｎｕｍｂｅｒｏｆａｍｏｒｐｈｏｕｓｃｅｌｌｕｌｏｓｅｗａｓｈｙｄｒｏｌｙｚｅｄ．ＳｉｎｇｌｅｆａｃｔｏｒａｎｄｏａｈｏｇｏｎａｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｏｆｃｅｌｌｕｌａｓｅｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓｗａｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｗｉｔｈｃｏｒｎｓｔｒａｗｗｈｉｃｈｗａｓｐｒｅｔｒｅａｔｅｄｗｉｔｈＮａＯＨｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆ１０％ａｎｄｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｔｉｍｅｏｆｌｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｌｅｖｅｌｓｏｆｆａｃｔｏｒｓｗｅｒｅｏｆ３００ａｓｆｏｌｌｏｗ：ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆ４０。Ｃ，ｐＨ＝５，ｔｈｅｃｅｌｌｕｌａｓｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆ４８ｈ．ＴｈｅｒｅｄｕｃｉｎｇｓｕｇａｒｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎＵ・ｇ’１（ＴＳ），ｒｅａｃｔｉｏｎｔｉｍｅｒｅａｃｈｅｄ５１．００９・Ｌ—ｕｎｄｅｒｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．ＡｎａｌｙｓｉｓｏｆｖａｒｉａｎｃｅｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｐＨｅｆｆｅｃｔｅｄｔｈｅｒｅｄｕｃｉｎｇｓｕｇａｒｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｆａｃｔｏｒｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ．Ｔｈｅｐｒｉｏｒｏｒｄｅｒｒａｎｇｅｄａｓｆｏｌｌｏｗ：ｐＨ＞ｃｅｌｌｕｌａｓｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ＞ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．ＫＥＹＷＯＲＤＳ：Ｃｏｒｎｓｔｒａｗ，ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ｃｅｌｌｕｌａｓｅｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ，ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎＶ目录目录第一章绪论……………………………………………………………………………………１１．１秸秆结构与组成………………………………………………………………………～１１．１．１纤维素…………………………………………………………………………………１１．１．２半纤维素………………………………………………………………………………２１．１．３木质素…………………………………………………………………………………２１．２秸秆产生和利用现状…………………………………………………………………．．３１．２．１秸秆来源和产量………………………………………………………………………３１．２．２秸秆利用途径…………………………………………………………………………３１．３秸秆纤维素酶水解研究概述…………………………………………………………．．６１．３．１纤维素酶结构和作用…………………………………………………………………６１．３．２纤维素酶水解影响因素………………………………………………………………９１．４秸秆酶水解预处理技术………………………………………………………………１２１．４．１物理法………………………………………………………………………………・１２１．４．２化学法………………………………………………………………………………‘１４１．４．３生物法………………………………………………………………………………・１５１．４．４组合法………………………………………………………………………………．．１５１．５研究目的和研究内容…………………………………………………………………１６１．５．１研究目的……………………………………………………………………………・１６１．５．２研究内容……………………………………………………………………………・１６第二章试验材料与方法…………………………………………………………………・１７２．１试验材料………………………………………………………………………………１７２．２主要测定方法…………………………………………………………………………１７２．２．１失重率………………………………………………………………………………・１７２．２．２ＣＯＤ的测定…………………………………………………………………………１７２．２．２木质纤维素含量测定………………………………………………………………・１７２．２．３２．２．４ＤＮＳ法测定还原糖…………………………………………………………………・１９ＤＮＳ法测定纤维素酶滤纸酶活……………………………………………………・２０２．３正交试验分析方法……………………………………………………………………２ｌＶ北京化工大学硕士学位论文２．３．１极差分析……………………………………………………………………………．２１２．３．２方差分析……………………………………………………………………………．．２ｌ第三章ＮａＯＨ预处理对玉米秸性质的影响……………………………………２３３．１试验设计…………………………………………………………………………………．２３３．１．１玉米秸预处理………………………………………………………………………．２３３．１．２预处理玉米秸浸泡试验……………………………………………………………．２３３．２结果与讨论……………………………………………………………………………２３３．２．１预处理后玉米秸质量变化…………………………………………………………一２３３．２．２预处理后玉米秸木质纤维素含量变化……………………………………………．２４３．２．３预处理玉米秸浸泡液组成…………………………………………………………．２８３．２．４预处理前后玉米秸微观结构分析…………………………………………………．２９３．３本章小结………………………………………………………………………………３２第四章不同预处理对玉米秸酶水解效果的影响………………………………３３４．１试验设计………………………………………………………………………………３３４．２结果与讨论……………………………………………………………………………３３４．２．１不同预处理玉米秸酶水解还原糖浓度……………………………………………．３３４．２．２酶水解９６ｈ后混合液ＴＳ浓度……………………………………………………．．３５４．２．３不同预处理玉米秸降解率和酶水解率……………………………………………．３６４．２．４酶水解后玉米秸微观结构变化……………………………………………………．３８４．３本章小结………………………………………………………………………………４０第五章预处理后玉米秸纤维素酶水解条件优化………………………………４ｌ５．１试验设计………………………………………………………………………………４１５．１．１预处理后玉米秸酶水解条件优化单因子试验……………………………………．４１５．１．２预处理后玉米秸酶水解条件优化正交试验………………………………………．４１５．２结果与讨论……………………………………………………………………………４２５．２．１单因子试验结果分析………………………………………………………………．４２５．２．２正交试验结果分析…………………………………………………………………．４４５．３本章小结………………………………………………………………………………４７目录第六章结论与建议……………………………………………………………………４９６．１结论………………………………………………………………………………………………………………．．４９６．２建议……………………………………………………………………………………４９参考文献………………………………………………………………………………・５１致谢………………………………………………………………………………………………¨５７研究成果及发表的学术论文…………………………………………………………¨５９作者和导师简介…………………………………………………………………………・６１北京化工大学硕士学位论文目录ＣｏｎｔｅｎｔｓＣｈａｐｔｅｒ１Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ…………………………………………・・・…………………………………………・・１１．１Ｓ仃ｕｃ嘶ａｎｄｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｏｆｓｔｒａｗ………………………………………………………………………・‘１１．１．１Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ…………………………………………………………………………………………………………。１１．１．２Ｈｅｍｉ—ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ…………………………………………………………………………………………………２１．１．３Ｌｉｇｎｉｎ……………………………………………………………………………………………………………”２１．２Ｐｒｅｓｅｎｔｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｓｔｒａｗ……………………………………………………………………………………３１．２．１Ｓｏｕｒｃｅａｎｄｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｓｔｒａｗ…………………………………………………………………………。３１．２．２Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｗａｙｏｆｓｔｒａｗ……………………………………………………………………………………・４１．３Ｒｅｖｉｅｗ１．３．１ｏｎｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｓｔｒａｗｃｅｌｌｕｌａｓｅｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ………………………………………………。６Ｓ仃ｕｃ眦ａｎｄｆｕｃｔｉｏｎｏｆｃｅｌｌｕｌａｓｅ………………………………………………………………………・‘６ｏｎ１．３．２Ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇｆａｃｔｏｒｓｔｈｅｃｅｌｌｕｌａｓｅｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ……………………………………………………・‘９１．４Ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆｃｅｌｌｕｌａｓｅｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ……………………………………………………………………・１２１．４．１Ｐｈｙｓｉｃｓｗａｙ……………………………………………………………………………………………………１２１．４．２Ｃｈｅｍｉｃａｌｗａｙ…………………………………………………………………………………………………１４１．４．３Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｗａｙ………………………………………………………………………………………………・１５１．４．４Ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｗａｙ……………………………………………………………………………………………１５ａｎｄｃｏｎｔｅｎｔｓ……………………………………………………………………………１６１．５Ｒｅｓｅａｒｃｈｐｕｒｐｏｓｅ１．５．１Ｒｅｓｅａｒｃｈｐｕｒｐｏｓｅ……………………………………………………………………………………………１６１．５．２Ｒｅｓｅａｒｃｈｃｏｎｔｅｎｔｓ……………………………………………………………………………………………１６Ｃｈａｐｔｅｒ２Ｍａｔｅｒｉａｌａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄｓ…………………・・２．１Ｍａｔｅｒｉａｌｓ…………………………………………………………………………………………………………”１７２．２Ａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄｓ………………………………………………………………………………………………１７２．２．１ＷｅｉｇｈｔｌＯＳＳａｎａｌｙｓｉｓ………………………………………………………………………………………”１７２．２．２ＣＯＤａｎａｌｙｓｉｓ…………………………………………………………………………………………………１７ａｎａｌｙｓｉｓ……………………………………………………………………………………１７２．２．２Ｌｉｇｎｏｃｅｌｌｕｌｏｓｅ２．２．３ＲｅｄｕｃｉｎｇｓｕｇａｒｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｂｙＤＮＳｍｅｔｈｏｄ………………………………………………………１９２．２．４ＣｅｌｌｕｌａｓｅａｃｔｉｖｉｔｙｏｆｆｉｌｔｅｒｐａｐｅｒｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｂｙＤＮＳｍｅｔｈｏｄ………………………………‘２０２．３Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｔｅｓｔａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄ…………………………………………………………………………’２１Ｘ北京化工大学硕士学位论文２．３．１Ｒａｎｇｅａｎａｌｙｓｉｓ…………………………………………………………………一……………………………２１２．３．２Ｖａｒｉａｎｃｅａｎａｌｙｓｉｓ……………………………………………………………………………………………。２１ｏｎＣｈａｐｔｅｒ３ＥｆｆｅｃｔｏｆＮａＯＨｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｃｈａｎｇｅｏｆｃｏｒｎｓｔｒａｗ……………………………一………………………………………………………………………………………¨２３３．１Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｄｅｓｉｇｎ……………………………………………………………………………………………・・２３３．１．１Ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆｃｏｒｎｓｔｒａｗ………………………………………………………………………………‘２３ｏｎ３．１．２Ｓｏａｋｉｎｇｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ３．２Ｒｅｓｕｌｔｓ３．２．１ｐｒｅｔｒｅａｔｅｄｃｏｒｎｓｔｒａｗ……………………………………………………・・２３ａｎｄａｎａｌｙｓｉｓ…………………………………………………………………………………………・。２３ｌｏｓｓｏｆｓｔｒａｗａｆｔｅｒｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ………………………………………………………………２３Ｗｅｉｇｈｔ３．２．２Ｌｉｇｎｏｃｅｌｌｕｌｏｓｅｃｈａｎｇｅｏｆｃｏｒｎｓｔｒａｗａｆｔｅｒｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ………………………………………。２４３．２．３Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｏｆｓｏｋｉｎｇｌｉｑｉｕｄｆｒｏｍｐｒｅｔｒｅａｔｅｄｃｏｒｎｓｔｒａｗ……………………………………．．２８３．２．４Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒａｌａｎａｌｙｓｉｓｏｆｃｏｒｎｓｔｒａｗ………………………………………………………………・２９３．３Ｓｕｎｍｍａｒｙ………………………………………………………………………………………………………・。３２Ｃｈａｐｔｅｒ４Ｅｆｆｅｃｔｏｆｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｎｃｅｌｌｕｌａｓｅｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓｏｆｃｏｒｎｓｔｒａｗ…３３４．１Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ４．２Ｒｅｓｕｌｔｓｄｅｓｉｇｎ……………………………………………………………………………………………“３３ａｎｄａｎａｌｙｓｉｓ…………………………………………………………………………………………・・３３ｃｏｒｎ４．２．１Ｒｅｄｕｃｉｎｇｓｕｇａｒｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｃｅｌｌｕｌａｓｅｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｙｐｒｅｔｒｅａｔｅｄｓｔｒａｗ……………………………………………………………………………………………………………………・。３３４．２．２ＴＳｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎａｆｔｅｒ９６ｈｃｅｌｌｕｌａｓｅｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ…………………………………………………’３５４．２．３ｎｙｄｒｏｌｙｓｉｓａｎｄｄｅｇｒａｄｉｎｇｒａｔｅｏｆｃｏｒｎｓｔｒａｗａｆｔｅｒｃｅＵｕｌａｓｅｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ…………………。３６４．２．４Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒａｌａｎａｌｙｓｉｓｏｆｃｏｒｎｓｔｒａｗａｆｔｅｒｃｅｌｌｕｌａｓｅｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ…………………………・‘３８４．３Ｓｕｍｍａｒｙ…………………………………………………………………………………………………………。４０Ｃｈａｐｔｅｒ５Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｃｅｌｌｕｌａｓｅｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ………………・………・４１５．１Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｄｅｓｉｇｎ……………………………………………………………………………………………”４ｌ５．１．１Ｓｉｎｇｌｅｆａｃｔｏｒｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｏｎｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｃｅｌｌｕｌａｓｅｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓｗｉｔｈｐｒｅｔｒｅａｔｅｄｃｏｒｎｓｔｒａｗ………………………………………………………………………………………………４１５．１．２Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｏｎｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｃｅｌｌｕｌａｓｅｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓｗｉｔｈｐｒｅｔｒｅａｔｅｄｃｏｒｎｓｔｒａｗ………………………………………………………………………………………………‘４１５．２Ｒｅｓｕｌｔｓａｎｄａｎａｌｙｓｉｓ…………………………………………………………………………………………“４２５．２．１Ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｓｉｎｇｌｅｆａｃｔｏｒｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ…………………………………………………………………‘４２５．２．２Ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ…………………………………………………………………”４４Ｘ目录５．３Ｓｕｍｍａｒｙ…………………………………………………………………………………………………………・４７Ｃｈａｐｔｅｒ６Ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓａｎｄｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ…………………………………………………………・４９６．１Ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ………………………………………………………………………………………………………４９６．２Ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ………………………………………………………………………………………………………４９Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ……………………………………………………………………………………………………………”５ｌＡｃｋｎｏｗｌｅｇｅｍｅｎｔｓ………………………………………………………………………………………………・・５７Ｒｅｓｅａｒｃｈｒｅｓｕｌｔｓａｎｄｐｕｂｌｉｓｈｅｄｐａｐｅｒ…………Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆａｕｔｈｏｒａｎｄｔｕｔｏｒ……………………………………………………………………・・６１Ｘ北京化工大学硕士学位论文×符号说明符号说明礤ＣｏＤＴｏｔａｌＳｏｌｉｄ，总固体含量，％ＣｈｅｍｉｃａｌＯｘｙｇｅｎＤｅｍａｎｄ，化学需氧量，ｇ．Ｌ‘１Ｘ北京化工大学硕士学位论文ＸｌＶ第一章绪论第一章绪论农业是人类社会发展最基本的依托，随着世界人口的不断增加，农业生产不断发展壮大，无可避免的伴随着农业副产物、废弃物的产生，农作物秸秆就是其中之一。我国有着丰富的秸秆资源，根据２０１１年的统计年鉴分析计算，我国的农作物秸秆产量为７亿吨【¨。这些秸秆部分用作燃料、饲料、造纸从而进一步回收利用，但仍有ｌ／３被随意的堆弃或露天焚烧，不仅使得秸秆中蕴藏的生物质能源白白浪费，同时还占用了空间，影响了环境的整洁卫生，焚烧产生的浓烟中给周围城镇的空气质量以及公路、铁路的交通运输带来严重的影响，浓烟中的有毒有害成分更进一步危害着公众人群的身体健康ＩＺＪ。秸秆中含有丰富的纤维素、半纤维素等有机成分，如何进一步转化秸秆中所富含的有机物使其变废为宝对于秸秆资源化利用具有重要的意义。通过微生物的作用，秸秆中的纤维素和半纤维素可以转化成沼气等可再生能源，在当今世界严峻的能源形势下，生物质能源作为一种可再生能源，其开发和利用对于经济社会的可持续发展具有十分重要的意义。１．１秸秆结构与组成玉米秸秆、麦秆、稻草等生物质原料均属木质纤维类生物质，其主要成分为纤维素（一般约占４０％）、半纤维素（２０％～３０％）和木质素（２０％～３０％），此外还有少量灰分和蛋白质【３】。纤维素和半纤维素都是糖类的高聚物，都可以被很多微生物降解，而木质素则是由芳环类物质及其衍生物聚合而成的高聚物，能够降解木质素的微生物种类较少，尤其在厌氧环境下木质素很难被降解。１．１．１纤维素纤维素是农作物秸秆中含量最多的成分，其化学结构是由很多Ｄ．吡喃葡萄糖酐（１．５）彼此以（１－４）苷键连接而成的线性大分子（图１．１），由碳、氢、氧三种元素组成，其含量分别为４４．４４％、６．１７％、４９．３９％，化学结构的试验分子式是（Ｃ６Ｈ１００５）ｎ，ｎ为聚合度【４】。通常一条链中含有１００００多个葡萄糖分子，大约３０～１００个纤维素分子会“并肩＂排列，在分子内和分子间氢键的作用下，形成结晶的微纤维或类似晶体的不透水的网状结构瞄１。国外的Ｇａｒｄｎｅｒ等人通过ｘ射线衍射的方式也观察到了类似的结构【６】。纤维素是结晶不完全的天然高分子化合物，分子链排列整齐有序的部分称为结晶区，排列杂乱的部分为非结晶区也叫无定形区【Ｊ７１。国内外的学者一致认为，纤维素的结晶区存在着Ｉａ和Ｉｐ两种晶体结构，以Ｉｐ结构为主，二者与无定形区纤维素共存于细胞壁结构中，纤维素ＩＢ晶体结构是由纤维素链堆垛成纤维素片，再由纤维素片层叠北京化工大学硕士学位论文而成的层状三维结构，在一层又一层堆叠的过程中形成了庞大的氢键网格结构，大大的加大了氢键之间的作用力，因此纤维素的结晶区比无定形区要更加难水解【８，９１。通过电镜和Ｘ射线衍射的方式，均可以看到原料组织中存在着纤维素晶体结构【１０】。Ｏ０ＯＨＨＯＨＯＨ图１－１纤维素分子链的平面结构式ｒｉｇ．１－１Ｍｏｌｅｃｕｌｅｃｈａｉｎｏｆｃｅｌｌｕｌｏｓｅ１．１．２半纤维素半纤维素是秸秆细胞壁组成中含量第二大组成物质，半纤维素是由多种糖类聚合而成的高分子碳水化合物，主链含Ｄ．木糖基、Ｄ．甘露糖基、Ｄ．葡萄糖基或Ｄ．半乳糖基，其他糖类可以成为支链而连接在主链上。半纤维素单基除上述四种糖以外，还有Ｌ．阿拉伯糖基、４．Ｏ．甲基．Ｄ一葡萄糖醛酸基、Ｄ．半乳糖醛酸基，以及少量的Ｌ．鼠李糖基、Ｌ．岩藻糖基和多种氧．甲基、乙酰基的中性糖基［１１，１２】。在植物细胞壁中，半纤维素与木质素通过酚酸如阿魏酸和对香豆酸等共价连接，形成碳水化合物．木素复合体（ＬＣＣ），其中阿魏酸多糖酯类通过醚键与木素连接，糖醛酸的自由羧基通过酯键与木素的苯甲基相连；半纤维素与纤维素之间的连接则主要通过氢键、范德华力等非共价键作用【１３】。在植物细胞壁中，半纤维素如同桥梁一样将纤维素和木质素缠绕在一起，共同形成致密难降解的网状结构。１．１．３木质素木质素是一种结构复杂的无定型高聚物，由基本组成单元（Ｃ６．Ｃ３）通过碳碳键和碳氧键的作用相互连接和无规则偶合而形成【１４】。木质素的基本前体和构造单元是三种苯丙烯醇结构：对羟基苯丙烯醇（ｐ－ｈｙｄｒｏｘｙｃｉｎｎａｍｙｌａｌｃｏｈ０１）（也叫对香豆醇）、松柏醇（Ｃｏｎｉｆｅｒｙｌａｌｃｏｈ０１）和芥子醇（Ｓｉｎａｐｙｌａｌｃｏｈ０１）（图１－２）。木质素中存在着多种官能团，主要有甲氧基、酚羟基、羰基、丙烯醛基和松柏醇基等，可以发生各种化学反应，如苯环上的卤化、硝化和氧化反应ｎ引；发生在侧链的苯甲醇基、芳醚键和烷醚键上的反应；木质素的改性反应和显色反应等；在木质素的各种结构基团中，以碳一碳键相连的和以二芳醚键相连的结构在化学反应中具有较高的稳定性，只有０【一芳醚键、０【一烷醚键和Ｂ一芳醚键等易发生化学反应ｕ６｜。第一章绪论木质素包裹在纤维束的外层形成坚硬的壁垒，给微生物的利用带来了严重的阻碍。ｙＣＨ２０ＨＶＯ－１２０ＨＶ０４２０ＨＢＣＨｉＩａＣＨｏＨＯＨＯＨ对香豆醇松柏醇图１－２木质素的三种基本结构单元Ｆｉｇ１－２Ｂａｓｉｃｕｎｉｔｏｆｌｉｇｎｉｎ芥子醇１．２秸秆产生和利用现状１．２．１秸秆来源和产量表１－１２０１１年我国主要农作物秸秆分类产量Ｔａｂｌｅ１－１ＣｌａｓｓｉｆｉｅｄｓｔｒａｗｙｉｅｌｄｓｉｎＣｈｉｎａｉｎ２０１ｌ农作物秸秆一般是指农作物的果实收获后所剩的枝叶和植株的秆茎等废弃物。我国农作物秸秆主要来源于玉米、稻草和小麦等谷类作物以及大豆、棉花等其它作物，其中以玉米、稻草和小麦秸秆为主，三者总产量约占秸秆总产量的７６％芝Ｅ右［１１。由于北京化工大学硕士学位论文秸秆产量不在国家统计年鉴所统计范围内，农作物秸秆的产量常常由农作物的产量及其相应的草谷比计算所得【１７】，１．２．２秸秆利用途径１．２．２．１秸秆还田在秸秆资源化利用过程中，秸秆还田技术是一种将秸秆进行原位处理处置的方法。秸秆还田方法有很多种，包括粉碎翻压还田、覆盖还田、堆沤还田和过腹还田等多种方式【１８】。翻压还田和覆盖还田是直接将秸秆粉碎后与土壤混合或者直接覆盖在土壤表面。秸秆中含有丰富的有机质以及矿物质，秸秆自然腐烂后可以成为肥料为土壤增加养分。秸秆直接还田的肥料转化效率比较低，因此也有采用堆沤方式或禽畜过腹方式对秸秆进行处理之后再还田。堆沤和过腹方式都是通过生物和微生物的作用将秸秆消化，消化后的粪便作为肥料再施加到土壤中。在秸秆还田利用的过程中，秸秆中的病虫害无法被杀死，进入土壤中之后则获得了更加潮湿适宜的环境，有可能进一步滋长。１．２．２．２饲料化２０１１年全国秸秆分类产量计算结果如表１．１所示。秸秆用作畜禽饲料是秸秆利用的重要途径之一，也是秸秆利用较为简单的方法。农作物秸秆作为家畜的一种粗饲料，其可消化干物质含量占３０％＂５０％，粗蛋白质含量占２‰３％【１９】。由于蛋白质的含量较低，秸秆作为饲料的营养价值较低、适口性较差，因此在秸秆饲料化的过程中常常采用物理、化学和生物处理法对秸秆进行处理，改善其营养价值和适口性，常用的方法有氨化、氧化、青贮、微贮等。Ｆｏｔｉ等人的研究表明，可将橄榄树枝、柑橘渣、稻草等原料采用青贮的方式作为山羊的饲料使用，并且提高了原料的营养价值，对山羊的肉质产生了较好的效果【２０１。ＱｉｎａｎＷ醯等人通过试验研究得到了类似的结论，即通过青贮，稻草里的粗蛋白含量增加，提高了饲料的营养价值【２１１。１．２．２．３资源化秸秆本身主要成分是木质纤维素类的物质，因此秸秆可以用作纸浆原料以及合成板材的原料，同时秸秆还可以被制成可降解的包装材料和一次性环保餐具，不仅创造了经济价值，而且减轻了环境的负捌２２１。同时，秸秆还可应用于酿造业、编织业和食用菌培养等多种产业，从而将秸秆从废弃物变成具有经济效益的资源。１．２．２．４能源化秸秆作为燃料直接提供生活用能在农村已经有很长时间的应用，但是随着社会的发展，炉灶技术不断更新，秸秆直接燃烧供能渐渐被取代。随着科学技术的发展，越４第一章绪论来越多新技术的出现使得秸秆能源化逐渐走向工业化规模化道路，从而实现了将秸秆更加环保高效的转化成能源。秸秆能源化的途径主要有直接燃烧发电、热解气化、制取燃料乙醇和厌氧消化产沼气等。秸秆的热值相当于标煤的５０％，但秸秆中硫的含量较低，燃烧秸秆的排放物更加清洁。国外秸秆直燃发电起步较早，据资料显示，目前在丹麦、荷兰、瑞典、芬兰等欧洲国家，利用植物秸秆作为燃料发电的机组已有３００多台【２３】。我国的秸秆发电项目发展较晚，在燃料的收运、燃烧设备和燃烧系统的开发完善以及国家方面仍然存在着问题【２４Ｊ。秸秆热解气化是以秸秆为原料，在缺氧或是绝氧的环境中，通过高温作用使秸秆裂解产生大量热解气的技术。热解气可以用于集中供气或者燃气发电，还可以通过催化合成甲醇、二甲醚等化学产品。我国小型热解气化技术已经比较成熟，但大型热解设备与国外仍有很大的差距，同时热解气化技术还存在焦油量多、热能利用效率低、投入产出效益差等ｆ＇口－ｊ题【２１。Ｃａｒｐｅｎｔｅｒ等人总结了国外目前较为成熟的规模化秸秆气化技术，其中指出目前国外中试规模（０．５ｔ・ｄ‘１处理量以上）的设备已具有一定市场并且技术也趋于成熟，生产出的生物质（稻草、能源草、玉米秸秆、木材等）气化产物可以在集中供气之余作为合成气使用【２５１。秸秆可以代替玉米小麦等粮食作物用来生产燃料乙醇，秸秆产乙醇工艺主要有预处理、酸或酶水解、发酵以及后续产品分离等步骤。秸秆水解糖化在秸秆发酵产乙醇过程中是十分重要的步骤，水解产糖量的多少直接关系到发酵乙醇产量的多少。预处理对于水解速率的提高和单糖产量的提高都有明显的影响，对于秸秆发酵产乙醇也十分重要。在秸秆发酵产乙醇的过程中，通过酸和酶的水解，秸秆中的纤维素和半纤维素分别转化成六碳糖和五碳糖，六碳糖转化成乙醇容易实现，但是只有很少的菌株可以将五碳糖转化成乙醇。目前在国际上纤维素乙醇产业化进程不断加快，加拿大、西班牙和美国都有较大规模的纤维素乙醇示范装置，美国要求到２０１３年纤维素乙醇燃料的年使用量要达到２．５亿加仑，极大程度上加快了纤维素乙醇的发展进程。在我国酶生产技术、戊糖发酵菌株构建等方面还没有取得根本性突破，整体说生产技术尚未完全成熟，纤维素乙醇的规模化仍需要一定的时间【２６１。秸秆在厌氧微生物的作用下可以转化成沼气。沼气的主要成分是甲烷，是一种清洁的可再生能源，农村户用沼气已经有很长时间的应用，大规模的沼气工程也不断在发展。秸秆中蕴藏着丰富的生物质，秸秆产沼气有着巨大的潜力，秸秆中的纤维素和半纤维素均可以被微生物利用来产沼气，厌氧消化之后的沼渣和沼液还可以用作有机肥料。在秸秆厌氧消化的工艺中预处理过程也十分重要，秸秆本身的结构很难被微生物利用，而通过预处理则可以加快厌氧消化产气的速率，提高产气效率。秸秆蕴藏着丰富的生物质，生物利用潜力巨大，在当今世界能源短缺的实际情况下，秸秆能源化更具现实意义，符合可持续发展的要求。秸秆能源化的途径中，以生北京化工大学硕士学位论文物转化更具发展前景，生物利用相比于热解气化更加节约能耗，二次污染也相对较小。但秸秆本身纤维素、半纤维素和木质素之间相互缠绕的致密结构给微生物的利用带来了很大的阻碍，因此在秸秆生物利用过程中，秸秆中的纤维素和半纤维素的水解成为关键限速步骤，水解的程度和速度成为制约秸秆微生物降解的主要原因【２７】。虽然微生物本身可以分泌一定的胞外酶对纤维素和半纤维素进行水解，但是水解速度缓慢，因此采用辅助手段加快纤维素和半纤维素水解成小分子低聚物或者单糖，对于后续微生物转化具有十分重要的意义。秸秆酶水解是催化加快秸秆水解的常用手段之一，通过外加酶的作用，有效加快秸秆中纤维素和半纤维素水解成六碳糖和五碳糖等易于微生物利用的物质，加快秸秆降解速率。秸秆中含量最多的是纤维素，纤维素的水解在秸秆水解过程中占主要作用，通过外加纤维素酶可以很大程度促进秸秆中纤维素水解成纤维二糖、葡萄糖等，提高后续发酵过程中微生物的利用效率，使秸秆能够更加快速有效的降解。１．３秸秆纤维素酶水解研究概述秸秆纤维素酶水解是通过纤维素酶的作用将秸秆中的纤维素转化成可发酵糖的过程。纤维素酶是一个很复杂的体系，在纤维素酶的作用下，纤维素一步步降解成低聚结构，最终降解成葡萄糖。１．３．１纤维素酶结构和作用１．３．１．１纤维素酶来源自然界中能产生和分泌纤维素酶的微生物有很多种，真菌、细菌和放线菌在一定条件下都可以产生纤维素酶，而且无论是好氧微生物和厌氧微生物均有可以产生纤维素酶的菌属【２８１。工业生产中的纤维素酶几乎都产自于好氧真菌，如里氏木霉（Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａｒｅｅｓｅｉ）和特异腐质酶（Ｈｕｍｉｃｏｌａｉｎｓｏｌｅｎｓ），因为这些微生物能产生极大量的粗纤维素酶（约１３０９・Ｌ。１），粗酶对结晶纤维素的比酶活性相对较高，对这些菌株可以通过遗传改造的方法调整其酶系组成，使其在特定应用中活力最适【２９１。目前研究较多的纤维素酶产生菌主要有木霉属、曲霉属、青霉属、根霉属、漆斑霉属等丝状真菌，国际上生产纤维素应用最为成熟和广泛的产纤维素酶微生物是里氏木霉，其产酶量较高组分较全，易于培养和控制，而且培养及代谢产物安全无毒【３０】。我国拥有自主知识产权且研究比较成熟的是曲音波筛选出的斜卧青霉（Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍｄｅｃｕｍｂｅｎｓ）菌株，该菌株分泌的纤维素酶酶系组分较全，可产生较多的Ｄ．葡萄糖苷酶和木聚糖酶，而且生产速度较快【３ｌ】。产纤维素酶的细菌主要包括瘤胃纤维素菌等厌氧菌、芽胞梭菌属以及热解纤维素菌属等，其中芽孢梭菌属可以产生碱性纤维素酶，在工业中有比较好的应用，具有很第一章绪论好的开发潜力ｐ…。１．３．１．２纤维素酶体系构成与作用机制纤维素酶一般是指３种具有协同作用的酶体系的总称，包括内切葡聚糖酶（Ｅｎｄｏｇｌｕｃａｎａｓｅｓ，缩写为ＥＧ）、葡聚糖纤维二糖水解酶（Ｃｅｌｌｏｂｉｏｈｙｄｒｏｌａｓｅｓ，缩写为ＣＢＨ）和ｐ．葡萄糖苷酶（ｐ．Ｇｌｕｃｏｓｉｄａｓｅ）［３２１。这３种组分虽然各自具有专一性，但纤维素的降解需要在三者的协同作用下才能完成。内切葡聚糖酶（以下简称ＥＧ）主要作用于纤维素内部的非结晶区，随机水解纤维素长链的８－１，４一葡萄糖苷键，将纤维素大分子切割成小分子，其主要产物是纤维糊精、纤维三糖和纤维二糖等带非还原性末端的小分子聚合物；葡聚糖纤维二糖水解酶（以下简称ＣＢＨ）在天然纤维素的降解过程中起主导作用，可以从纤维素链的还原或非还原性末端切割糖苷键，生成可溶的纤维糊精和纤维二糖；ｐ．葡萄糖苷酶能将上述两种酶产生的纤维二糖和短链的纤维寡糖水解为葡萄糖【３３１。纤维素酶体系的协同作用模型是随着分子生物学技术的不断发展而逐渐被发现并获得认可的。纤维素酶降解纤维素机制的研究经历了Ｃ１．Ｃ。假说到Ｃ。．Ｃｌ顺序作用假说再到协同作用模型的发展过程，１９５０年Ｒｅｅｓｅ等提出了著名的Ｃ１．Ｃｘ假说，该假说认为Ｃｌ酶作用于纤维素的结晶区，将结晶纤维素降解成无定形纤维素，再由Ｃ。酶将无定形纤维素降解成可溶性成分，但对Ｃｌ酶作用的机理并不明确；随着研究的逐渐深入发现Ｃｌ酶是一种Ｄ．１，４．葡聚糖纤维二糖水解酶，并且有试验证明Ｃ。酶在降低棉秆的聚合度方面速率要比Ｃｌ酶快的多，因此提出Ｃ。酶先降低纤维素的聚合度，产生纤维素碎片，Ｃｌ酶再将得到的碎片水解成可溶性糖【３２】。随着科学技术不断发展，Ｃ１和Ｃ。酶的作用方式逐渐被确定并重新被定义，协同作用的模型也逐渐确立并被认可。协同作用模型的核心是ＥＧ、ＣＢＨ和ｐ．葡萄糖苷酶之间的协同作用。具体来说是在ＥＧ作用下，纤维素链上分子内部的１３．１，４．糖苷键随机断开生成新链，然后ＣＢＨ进一步将生成的新链切断释放出可溶性的纤维二糖或是葡萄糖；同时，Ｂ．葡萄糖苷酶将纤维二糖转化为葡萄糖，这样同时也消除了纤维二糖对酶水解过程的抑制作用；综上在三者的协同作用下完成纤维素酶水解过程。此外，有文献指出，在协同作用模型中影响着酶水解速率的决定性步骤即为ＥＧ和ＣＢＨ对底物的作用【３４１。ＥｌｉｃｈｉＨｏｓｈｉｎｏ等人研究了共计７中ＥＧ、ＣＢＨ和ｐ．葡萄糖苷酶之间的协同作用，结果表明每种不同属性的酶之间均存在着协同作用，并且有的组合协同作用显著；此外，Ｈｏｓｈｉｎｏ等人指出，ＣＢＨ和ｐ．葡萄糖苷酶之间的协同作用造成了纤维素晶体表面结构相当程度的破坏；并且通过对原料纤维结构前后变化研究时发现，ＣＢＨ可能会是影响纤维素水解的关键物质【３５１。目前，纤维素的协同作用机制并未完全明确，协同作用通常只在结晶纤维素的降解中存在，而且仅在ＥＧ和ＣＢＨ分别作用于不同区域时才会发生。在多数北京化工大学硕士学位论文情况下协同作用存在于ＥＧ和ＣＢＨ之间，而ＥＧ之间和ＣＢＨ之间很少有协同作用【２９１。此外，目前已有不少学者针对酶水解过程试图采用动力学手段分析其机理。Ｂａｎｓａｌ等人系统性的总结了酶水解过程动力学模型及影响酶水解转化率的影响因素，并且给出了可以用于分析协同作用的数学模型；Ｂａｎｓａｌ指出，常见的酶水解过程动力学模型主要有经验模型、米．门经典方程、纤维素水解吸附模型和寡聚糖溶解模型；这几个模型共同表明，酶的活性、两相之间溶解度将会影响到纤维素酶水解过程【３６１。１．３．１．３纤维素酶分子结构产生纤维素酶的微生物多种多样，不同微生物产生的纤维素酶分子结构也不相同，纤维素酶结构的多样性与其作用的底物也有一定关系，纤维素酶多作用于复杂的细胞壁，而且纤维素本身也既有结晶区又有无定形区【２９１。但大多数纤维素酶均包含有三个功能区：催化结构域（Ｃａｔａｌｙｔｉｃｄｏｍａｉｎ，ＣＤ）、纤维素结合结构域（Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅｂｉｎｄｉｎｇｄｏｍａｉｎ，ＣＢＤ，或者称Ｃａｒｂｏｈｙｄｒａｔｅｂｉｎｄｉｎｇｍｏｄｕｌｅ，ＣＢＭ）和连接桥【罗７１。催化结构域（以下简称ＣＤ）是纤维素酶中其主要催化作用的区域，体现纤维素酶的催化活性和对特定水溶性底物的特异性【３８１，根据ＣＤ中氨基酸排列序列的差异性和相似性可以将纤维素酶分成不同的家族，同一家族具有相似的氨基酸分子折叠方式和活性位点【３９】。最先被阐明的催化结构域是Ｔ．ｒｅｅｓｅｉＣＢＨＩＩ的ＣＤ，它是由多个０【螺旋和ｐ链所组成的筒状结构，活性部位呈隧道状延伸至分子表面，具有４个活性位点【４０】Ｏ纤维素结合结构域（以下简称ＣＢＤ）在纤维素酶降解纤维素的过程中也起着很重要的作用，它将纤维素酶固定在不溶性纤维素链上，使纤维素酶的ＣＤ有机会靠近底物，但对于可溶性的纤维素衍生物以及无定形纤维素等作用不显著。据推测ＣＢＤ可以将纤维素酶导向纤维素中相对应酶活性最高的特定区域，某些ＣＢＤ可以沿纤维素的表面不断扩散而不解离，使ＣＤ对新形成的纤维素颗粒区域更容易接近【２９】。连接桥是指将ＣＢＤ和ＣＤ连接在一起的高度糖基化的柔性肽链，连接桥的作用可能是保持ＣＤ和ＣＢＤ之间的距离，使不同酶分子间比较容易形成较稳定的聚集体【３８】Ｏ此外，好氧微生物产生的纤维素酶多是游离的，而在厌氧细菌中纤维素酶则形成了一个复合体系存在于纤维小体中。纤维小体是通过酶分子的对接蛋白和脚手架蛋白中的粘连蛋白的作用将两者结合在一起一种超分子结构，在纤维小体中是通过脚手架蛋白的作用将ＣＤ与ＣＢＤ结合在一起【４¨。１．３。ｌ。４纤维素酶活性表征纤维素酶组分总的活性常用滤纸酶活（ＦＰＡ）来表征，是以滤纸为底物进行纤维素酶水解，通过测定水解后还原糖的产量来表征纤维素酶的总活性。滤纸是纯纤维素组第一章绪论成的，而且滤纸纤维素的聚合度和结晶度都居中，是很好的底物材料，滤纸酶活可以较好的反应三种酶的协同作用【４２１。ＥＧ酶活性的表征通常采用羧甲基纤维素（ＣＭＣ）为底物，通过测定ＥＧ酶对其水解后的还原糖浓度表征ＥＧ酶的活性大小，也可以用磷酸膨胀纤维素、乙基纤维素等无定形纤维素为底物【４２１，但ＣＭＣ在价格和制备简单方面存在着优势因而被广泛采用。ＥＧ酶活性的测定还有ＣＭＣ粘度降低法等【４３１。ＣＢＨ酶活性的测定相对较难，ＣＢＨ单独存在作用于纤维素的时候活性很低，只有与ＥＧ和ｐ．葡萄糖苷酶一起协同作用的时候才会表现除较高的活性。高培基利用不同酶在棉纤维上吸附和脱吸附性质的不同，选择性的测定了ＣＢＨ酶活性的大小ｍ】。Ｂ．葡萄糖苷酶活测定常用方法是以水杨酸苷为底物，以酶水解产物中的水杨醇用４．氨基安替比林显色，通过分光光度法测定。此外还有荧光法和电化法等【４５１。１．３．２纤维素酶水解影响因素纤维素酶活性受环境影响较大，因此纤维素酶水解过程也受到很多环境因素的，影响纤维素酶水解的因素主要有温度、ｐＨ、酶浓度、底物浓度、反应时间、原料性质和其他因素等。１．３．２．１温度一般而言，纤维素酶的活性温度为２０～８０。Ｃ，其中适宜温度在４０．一６０。Ｃ之间。酶活受温度影响规律一般都是在相对低温时（２０￣５０℃）随着温度升高而增加，到达一定温度段（５０，．．６０。Ｃ）时酶活较高，然后随着温度的升高（７肚８０℃）而逐步降低。国内外研究人员针对温度对纤维素酶水解过程的影响开展了较多研究。杨颖等研究了以滤纸为底物的纤维素酶水解过程中温度的影响作用，结果表明在５５。Ｃ时纤维素酶水解效果最佳【４６】；黄爱玲等针对玉米秸秆纤维素酶水解过程中温度的影响进行研究，结果表明在５０。Ｃ时纤维素酶水解效果最佳【４７】。ＪｉａｎＬｕ等人考察了纸浆纤维素酶水解过程中温度的影响作用，结果表明在５０℃时纤维素酶水解效果最佳，并且此时的酶可以保持较高的活性，适合参与长时间的反应【４引。１．３．２．２ｐＨ酶对ｐＨ的变化相对其他因素而言更为敏感，一般纤维素酶的最适ｐＨ在４．０￣５．０范围内，根据原料的不同和其他影响因素的不同略有变化。黄翊等人在研究纤维素酶水解机理时发现纤维素酶最适ｐＨ为４．５～５．５ｔ４９１。商显芹等人在研究纤维素酶水解能力影响因素时指出纤维素酶最适ｐＨ为５．０ｔ５０１，这与Ｋａｕｒ等人在研究稻草秸秆酶水解效果时的结论相同【５ｌ】。而Ｎａｒｒａ等人在研究稻草秸秆固态发酵纤维素酶水解时研究表明，ｐＨ在４．８时纤维素酶的活性较高，但ｐＨ为５．０时酶水解能力较型５２】。由此可见ｐＨ北京化工大学硕士学位论文对酶水解过程的影响较大，当外界环境改变（预处理条件、原料和酶）时，酶水解最适ｐＨ可能也会产生改变，因此调节合适的ｐＨ对酶水解过程而言是十分重要的。１．３．２．３酶浓度酶浓度的变化直接影响着酶与底物的接触，从而影响酶水解效率。一般而言，酶浓度越高（加酶量越大），水解效率越高，甚至有时会随着酶浓度的增加出现大幅度的增长。但是当酶浓度到达一定值后，酶水解效率趋于平缓，说明酶浓度对酶水解效率的影响是有上限的。同时，如何选取合适的酶浓度，在保证较高的酶水解效率同时也保证一定的经济性，这也是国内外学者在研究时都会注意的问题之一。黄爱玲等人【４７】研究酶水解影响因素的研究过程中，发现了酶浓度对酶水解过程影响与上述规律基本相符。值得指出的是，不同厂家生产的纤维素酶纯度、性质和浓度均不相同，因此在添加时，不同研究者都需要根据具体的情况考虑。Ｓａｔｈｉｔｓｕｋｓａｎｏｈ等人通过成本更低的原料预处理手段，辅以超低浓度的酶（１～１５ＦＰＵ）进行纤维素水解制取乙醇，取得了良好的效果【５３】。１．３．２．４底物浓度底物浓度直接决定了反应物的含量，底物浓度越高反应物的含量越高，即需降解原料越多。无论是在试验研究中还是工程应用上，底物浓度都是一项需要重点研究的指标，这间接地反映了处理量的大小。因此，多数学者在开展纤维素酶水解研究工作中均探索了合适的底物浓度，意图在达到较高水解效率的前提下，保证大的处理量。何殉等人研究了底物浓度对玉米秸秆酶水解的影响，结果表明底物浓度越大，水解效率越低，效率降低程度与底物浓度增加程度基本呈现出线性关系；同时，研究结果表明酶解反应速率随底物浓度的增加而增加，并且也呈现出线性关系；值得指出的是，此研究中纤维素酶的浓度较高，因此在此前提下底物浓度越大纤维素酶与原料接触面越多，使得反应速率增加。如果在纤维素酶浓度较低时，底物浓度越大酶解反应速率可能会出现减小的现象【５４】。１．３．２．５反应时间反应时间对酶水解作用的影响往往还与其他的影响因素有一定关系，反应时间过长时水解过程中产生的中间产物可能会抑制酶水解过程；反之反应时间过短则底物不能充分水解，水解效率也会降低，因此，合适的反应时间能够在充分完成酶水解过程的同时，最大保证酶水解效率。由于在研究时选取的时间段不同，因此各个研究结果表现出反应时间对酶水解影响的作用也不同。林燕等人针对反应时间对酶水解影响设置了时间长度分别为２４ｈ、４８ｈ、７２ｈ的试验，结果表明，４８ｈ时水解效率最高，其他时间效率相对较低［５５】。而王娜娜等人在设置的反应时间分别为２０ｈ、４０ｈ、６０ｈ、８０ｈ、ｌＯＯｈ的试验中，指出酶水解效率随着反应时间的提高而提高，但当反应时间超过２０第一章绪论小时后，酶水解效率提高程度不明显【５６】。然而，Ｃａｒａ等人的研究工作表明，７２ｈ的反应时间对于酶水解效率来说最高【５７｜。１．３．２．６原料性质原料性质对酶水解过程会产生根本性的影响。纤维素含量较高的原料（例如玉米秸秆、稻草等）有利于酶水解过程的发生，然而在这些原料中，因为木质素的存在或结构的差异也会造成酶水解过程的难易。在很多原料中，木质素都会在纤维素外层分布，有时会与纤维素结合为一体，从而保护了纤维素，以防被破坏；而纤维素酶对于木质素的影响较小，因此这样的原料就会造成酶水解过程较难发生甚至不发生。此外，有一些原料本身纤维素含量较少、木质素含量偏高（例如橡木、松木等原料），因而不利于发生酶水解反应。孙万里研究了木质素对酶水解反应的影响，结果指出木质素对酶水解产生了较大的阻碍作用【５８１。ＪｕｎｈｕａＺｈａｎｇ等人研究了木聚糖对纤维素酶水解反应的影响，在研究中指出，木聚糖对纤维素酶结构中的外切纤维素酶Ｉ（ＣＢＨＩ）、外切纤维素酶ＩＩ（ＣＢＨＩＩ）、内切葡聚糖酶ＩＩ均产生了抑制作用，特别是外切纤维素酶Ｉ（ＣＢＨＩ）、外切纤维素酶ＩＩ（ＣＢＨＩＩ）；但同时，研究人员指出，如果可以使木聚糖更多的存在于水溶液中，将会对抑制作用有所改掣５９】。Ｍｏｏｎｅｙ等人研究了纤维特性对水解过程影响，结果表明纤维的大小对水解过程会产生显著影响，其中纤维越小，水解效率越耐硎。ＴｈａｉｓＬ．Ｏｇｃｄａ等人研究了纤维素中结晶度、聚合度、含水率等物理特性对水解过程影响，结果表明，含水率越高，水解效果越好；结晶度、聚合度越高，水解效果越差【６¨。因此，原料性质对水解过程影响十分显著。为解决上述问题，需要采用一定的预处理手段，以改善秸秆的可降解性能。１．３．２．７其他因素除上述因素外，还存着其他可以影响着水解过程的因素，例如中间产物或最终产物（鼠李糖脂、乙醇等）、原料预处理后发生的性质改变等。这些因素都会在一定程度上影响着水解过程，并且在一定条件下，可能会成为制约水解过程发生的制约性因素。ＨｏｎｇｚｈａｎｇＣｈｅｎ等人研究了乙醇和酵母对纤维素水解的影响，结果表明乙醇浓度为ｌ～７％时，对纤维素水解过程产生了抑制作用，但是同时指出，这个抑制作用是可逆的，当环境中存在葡萄糖苷酶且乙醇浓度在ｌ～９％时，产糖量随着温度乙醇浓度的增加而增加；同时还指出酵母对水解过程影响较小【６２】。ＨｏｎｇｙｕａｎＷａｎｇ等人研究了鼠李糖脂对稻草中的纤维素水解过程影响，结果表明鼠李糖脂的存在一定程度上提高了纤维素酶的活性，有利于水解过程的发生【６３１。综上所述，各影响因素共同决定着纤维素酶水解过程的速率、效率、产量等效果，并且各个影响因素之间都不是的个体，而是相互联系，互相影响互相制约的整体。北京化工大学硕士学位论文因此，在影响因素方面，虽然目前研究人员开展了大量的研究工作，但仍然不能完善所有的影响因素。１．４秸秆酶水解预处理技术预处理的目的是通过一定的手段，破坏秸秆中纤维素、半纤维素和木质素的结合状态，减小纤维素本身的结晶度和聚合度，从而提高秸秆的可降解性能，提高微生物的利用效率。秸秆的预处理方法主要有物理法、化学法和生物法，为了得到更好的预处理效果常常运用多种手段相结合的方法。１．４．１物理法物理法是通过一些物理手段或者改变物理参数对秸秆结构进行破坏，常用的方法包括机械破坏、高温、高压、超声、辐射、微波等。１．４．１．１机械破坏机械破坏是采用切割、粉碎、研磨等工艺改变秸秆的尺寸大小，从表观上改变其颗粒大小，增大比表面积，一定程度上减小秸秆的结晶度和聚合度。机械破坏通常是秸秆预处理的必要步骤，经粉碎后秸秆的膨润性减小，体积小，可适当提高基质浓度畔】。张木明等人研究了机械破坏后不同目数的稻草秸秆酶水解效果，结果表明，经机械破坏后的原料（４０～２５０目不等）比未机械破坏后的产糖率有所提高，且提高程度达４￣５倍；此外，机械破坏后的原料与未破坏时的原料所含纤维素含量基本相同【６５】。值得指出的是，虽然原料粒径越小，纤维素酶水解效果越好，但是考虑到经济成本问题和原料本身性质，应选择合适的原料粒径和机械破坏手段。１．４．１．２高温法、高压法一般常用的高温高压预处理方法有热液处理方法、汽爆预处理方法，其原理均为通过高温下原料中各类化合物中化学键的断裂，或是各类化合物之间形成的化学键的断裂，使纤维素水解易于发生，或是通过高压作用下的介质（常为水），渗透到原料组织内部各处，破坏原有的生物质结构，让纤维素发生一部分水解和破坏，为纤维素酶提供更多反应活性位点。这种方法相比于机械破碎来说对原料的结构破坏更大，效果也更好，但是同时成本也较高，对处理设备的要求也较高。陈尚钳等人研究了蒸汽爆破对玉米秸秆的化学组成和纤维结构特性的影响，结果表明蒸汽爆破预处理方法对半纤维素的破坏显著，对木质素的破坏也具有一定效果，但对纤维素的破坏无显著作用；此外，蒸汽爆破后玉米秸秆细胞壁和纤维表面孔径变大，表面积增加并且纤维素的结晶度降低【６５１。ＪｉｎＺｈｏｕ等人通过优化蒸汽爆破的参数，得到了一系列适合玉米秸秆蒸汽爆破的操作条件，以及考察了蒸汽爆破后玉米秸秆的性质变化，所得结论与陈第一章绪论尚钎等人的相似脚】。由此可见，蒸汽爆破在破坏半纤维素、木质素的同时，保持了纤维素结构的完整，并且降低了纤维素结晶度，有利于纤维素酶水解过程的进行；但是目前这项技术由于受到成本、设备要求的制约，相比于更简单的机械破碎，或是成本相对较低的化学处理等方式，显示出了一定的不足。１．４．１．３超声法超声法的核心是借助声空化的方式，使得物质在声场的作用下发生大幅振动位移，甚至得到足够大的能量完成结构的破坏等。此法的优势在于可以精准控制整个预处理过程和效果，但与上述蒸汽爆破法类似，具有成本高，不易操作等缺陷，目前的技术难于放大应用。国外研究相比于国内而言更为先进，Ｉｍａｉ等人采用超声波法对纤维素进行了预处理，研究结果表明超声波法对纤维素酶水解的启动阶段具有一定作用，从而对酶水解具有促进作用，证明了超声法对纤维素酶水解预处理的可行性【６¨。１．４．１．４辐射法辐射法是指应用高能电离射线（Ｑ射线、Ｂ射线、Ｙ射线、Ｘ射线、电子束）辐射单体生成离子或自由基，形成活性中心的方法，应用在生物质上则是通过高能电离射线使生物质中纤维素、半纤维素、木质素结构和组成受到破坏，从而利于进一步酶水解的完成。杨春平等人采用Ｙ射线辐照预处理麦秸，结果表明木质素的结构受到了较大的破坏，辐照后原料酶水解产糖率呈现了９％～２０％的提高。证明了辐射法对纤维素酶水解产生了促进作用【６引。１．４．１．５微波法微波法主要原理是通过高频磁场作用使介于磁场中的介质发生分子级别的剧烈运动，这样加速分子间热运动的结果就会是原料中各个组分结构的破坏。对于生物质原料而言，意味着木质素的破坏、纤维素结晶度下降等现象的发生，将对纤维素酶水解产生促进作用。岳建芝等人研究了微波法预处理对高粱秸秆酶水解预处理的影响，结果表明微波法在较高功率下会对原料产生较明显效果，并指出如果可以配合其他方法将会取得较好效果【６９】。程军等人研究了微波法对水葫芦酶水解过程的影响，在得到与岳建芝等人结论相类似的同时，指出微波时间过长时，将会导致木糖的进一步分解，从而产生乙酸、丁酮、糠醛等物质，抑制酶水解过程【７０】。上述均为物理预处理法，总体上这些方法均具有操作较为简单，引入抑制因素较少等优点。但每个方法均有一定的弊端，这将会是以后物理预处理法发展方向和需要克服的缺陷的同时，也说明了单纯的物理处理方法不一定能够满足研究人员或是实际生产中的需要，因此，不少学者将研究重点转向了预处理效果更加明显，操作也不过于复杂的化学预处理法。北京化工大学硕士学位论文１．４．２化学法化学法是通过按照一定比例投加化学药剂，使得生物质中纤维含量和结构发生改变的方法。常见的化学预处理法有酸预处理、碱预处理、盐预处理、其他化学物质预处理等。１．４．２．１酸预处理酸预处理可以将８０％９０％的纤维素糖化的同时，提高木聚糖转化成木糖的效率。因此有利于纤维素酶水解过程的进行。此外由于其成本相对较低，因此得到了工业上的广泛应用。但是其需要处理的时间较长。陈尚钎等人采用正交试验的方法研究了稀硫酸预处理的效果并且对其预处理条件进行了优化，结果表明，预处理破坏了原料的纤维结构，并且在固液比为１：１０，硫酸质量分数０．７５％，温度１５０℃时，木糖得率最大可达８５．６４％【７１】。１．４．２．２碱预处理碱预处理同样也是一种常用的化学预处理法，它兼具了酸预处理成本较低，应用较广等优点的同时，还具有处理时间较短等优点。常用的碱试剂有ＮａＯＨ、Ｃａ（ＯＨ）２、ＫＯＨ、氨等。刘伟等人采用了稀硫酸、氢氧化钠分别预处理玉米秸秆，考察两种预处理方法的效果，结果证明碱处理方法效果更佳，得到的总还原糖产率相比于未预处理提高了ｌＯ．７倍【７２】。Ｃａｒｒｉｌｏ等人从动力学角度（米．门方程和Ｃｈｒａｓｔｉｌ方法）研究了碱预处理法对稻草酶水解过程的影响，结果表明碱预处理加快了酶水解过程，提高了最大反应速率等一系列过程参数【７３１。徐忠等人则研究了氨预处理大豆秸秆，结果表明采用１０％氨水处理２４ｈ后的大豆秸秆酶水解效率提高了７０．２７％；原料性质方面，半纤维素含量下降了４０％，木质素含量下降了３０％【７４１。Ｊｅｙａ等人采用正交试验的方式研究了碱预处理后稻草纤维素酶水解过程，在得到一系列包括温度、ｐＨ等条件优化的同时，证明了碱预处理对纤维素酶水解具有一定的促进效果【＿７５】。综上所述，值得指出的是，尽管碱预处理方法相比于酸预处理方法有了一定的改进，但是由于酸、碱预处理都将面临着废液回收利用的问题。如何更加清洁、环保、高效、低成本的应用，将是以后酸、碱预处理发展的方向。１．４．２．３盐预处理考虑到上述酸、碱预处理难以回收利用的问题，有学者提出采用对环境危害相对较小，性质更为温和的盐预处理方法，目前常用的盐预处理试剂主要为亚硫酸盐。刘云云等人研究了亚硫酸盐对玉米秸秆酶水解的影响，结果表明随着亚硫酸盐用量的增加，木质素和半纤维素的溶出量增加，从而达到促进酶水解过程的目的【。７６】。杨甲一等人通过正交试验研究了亚硫酸盐对麦草秸秆的预处理效果，研究结果表明戊聚糖和木第一章绪论质素的溶出是糖化效率提高的重要原因；并且在亚硫酸盐作用下，纤维素转化率最大可达９０％以上【７７１。但由于亚硫酸盐成本相比于上述方法较高，且要取得较好的纤维素转化效果用量较大，因此这种方法目前仍处于起步研究阶段。１．４．２．４其他化学物质预处理与盐预处理同属于起步研究阶段的还有一些其他具有一定创新性化学物质预处理方法，例如离子液体和表面活性剂。离子液体预处理原理是通过离子液体与水之间的萃取作用，提取出较高纯度的纤维素，提高酶水解效率。但这种方法也有一定的弊端，例如离子液体呈微毒性，对环境危害较大，成本较高，可能会对纤维素酶产生抑制作用等。ＳａｎｇＨｙｕｎＬｅｅ等人采用［Ｅｍｉｍ］［ＣＨ３ｃｏｏ］离子液体对木材原料中的木质素进行了提取，结果证明剩余原料中纤维素的酶水解转化率可达９０％【７８】。表面活性剂预处理即利用表面活性剂对木质素的吸附性，减少木质素对纤维素和纤维素酶的吸附作用，从而使得纤维素酶获得与纤维素更多的接触面积，从而帮助纤维素酶水解过程的进行。李鑫等人通过添加非离子型表面活性剂ＰＥＧ６０００，减少了玉米秸秆中木质素对纤维素酶的非生产性吸附作用，改善了纤维素酶水解过程【＿７９】。综上所述，化学法相比于物理法，对于原料纤维结构具有更强的破坏作用，同时也具有更强的工程应用能力，综合来看，化学法中的碱预处理成本低，预处理效果好，具有更大的研究前景。１．４．３生物法生物法是通过一些微生物（常见的是白腐菌各类菌种）对生物质中木质素的矿化作用，破坏木质素与纤维素之间的结构，从而利于纤维素酶水解过程。目前这种方法正处于起步阶段，各方面研究较少。王伟【３０】等人研究了白腐菌ＬｅｎｚｉｔｅｓｂｅｔｕｌｉｎｕｓＣ５６１７菌种对毛白杨化学组分和纤维素酶预处理效果的影响，结果表明白腐菌降解了约１６％的木质素，对纤维素酶预处理有一定促进作用。余洪波等人研究了白腐菌杂色云芝Ｔ．ｖｅｓｉｃｏｌｏｒ菌种对柳木和杉木的纤维素酶水解作用，结果显示柳木和杉木最终转化率分别增加４．７８倍和４．０２倍【８１】。目前这种方法发展的最重要的原因就是菌种的培育和选取，这将是以后生物预处理法的工作重点。此外，生物预处理法对原料的预处理作用机理、预处理条件等也不明确，有待研究人员开展进一步广泛研究工作。１．４．４组合法基于上述物理法、化学法、生物法均有一定的局限性，研究人员开发出了方法之间的组合方法，这样在可以弥补各个方法之间的不足的同时，更大程度的发挥预处理的效果。目前主要比较常见的组合预处理法主要是物理化学预处理法。罗鹏等人研究北京化工大学硕士学位论文了蒸汽爆破法组合Ｏ．５％稀硫酸预处理对麦草酶水解的影响，结果表明此种方法具有较高的酶水解得率；并且相比于未经硫酸预处理直接蒸汽爆破法的麦草而言，相同的条件下，纤维素和半纤维素的去除程度得到了大幅的提耐８２】。ＳｈｅｎｄｏｎｇＺｈｕ等人研究了微波和碱液组合预处理法对稻草酶水解过程的影响，结果表明，相比于单独的碱液预处理法，这种组合预处理法能够更好更快的取出原料中的木质素和半纤维素，因而具有更好的纤维素酶水解转化率【８３】。ＬｉｙｉｎｇＬｉｕ研究了离子液体组合蒸汽爆破法对纤维素酶水解过程的影响，结果表明离子液体组合蒸汽爆破法相比于单独的蒸汽爆破法，可以提高原料２０％以上的酶水解转化率【８４】。此外，在所有组合预处理方法中，机械破碎组合碱预处理法同时兼具了物理方法的操作简单快捷和化学方法的显著效果，成为最常见、研究最广的组合预处理法。但是目前这种组合法预处理条件根据不同的原料特性和酶水解条件变化，因此仍需要大量的研究工作系统探索出适用于不同原料和酶水解条件的预处理方法。１．５研究目的和研究内容１．５．１研究目的本文着重研究ＮａＯＨ预处理对于玉米秸秆纤维素酶水解的影响，探索不同预处理条件下秸秆性质的变化，优化预处理条件；通过预处理作用改善秸秆的可降解性能提高纤维素酶水解的效率，并进一步优化纤维素酶水解的条件，得到最佳的预处理条件和酶水解条件的组合。１．５．２研究内容（１）比较分析不同ＮａＯＨ浓度和预处理时间对秸秆木质纤维素含量的影响，通过对预处理秸秆浸泡液的分析，进一步分析预处理过程中物质的变化情况。（２）研究不同预处理条件下纤维素酶水解效果，明确预处理对酶水解还原糖产量以及纤维素降解率的影响，确定最佳预处理条件。（３）在最佳预处理条件下对酶水解过程的影响因素进行优化，得到最佳酶水解条件。第二章试验材料与方法第二章试验材料与方法２．１试验材料试验所用原料为玉米秸，取自北京顺义郊区，经晾干后用铡刀切短，再用粉碎机粉碎后过４０目筛。表２．１玉米秸理化指标含量Ｔａｂｌｅ２－１ＰｈｙｓｉｃａｌａｎｄｃｈｅｍｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅＣＯＩｎｓｔｒａｗ２．２主要测定方法２．２．１失重率失重率是指玉米秸预处理后减少的质量占初始质量的百分比。测定方法为：取一定量的玉米秸，ＴＳ质量记为Ｗｏ，预处理后在１０５。Ｃ烘箱内烘干后称重记为Ｗｌ，则有失鳓）２半棚慨…………………沼。，２．２．２ＣＯＤ的测定ＣＯＤ的测定采用重铬酸钾法（国标）。２．２．２木质纤维素含量测定２．２．２．１测定原理试验采用ＡＮＫＯＭ２０００ｉ型全自动纤维分析仪测定秸秆中纤维素、半纤维素和木质素的含量，该分析仪采用滤袋技术将样品加入到滤袋中封口后一步步洗涤，相比于传统纤维素测定方法操作简单快捷。测定过程中依次采用中性洗涤剂、酸性洗涤剂以及７２％浓硫酸对秸秆进行洗涤，依次得到ＮＤＦ（中性洗涤纤维）、ＡＤＦ（酸性洗涤纤维）和ＡＤＬ（酸性木质素和灰分），最后将ＡＤＬ在马弗炉中６００。Ｃ条件下灼烧得到灰分含量。ＮＤＦ主要为细胞壁成分，包括纤维素、半纤维素、木质素和灰分；ＡＤＦ主要包括纤维素、木质素和灰分；ＡＤＬ主要包括酸性木质素和灰分，因此可以得到以下计算公式：纤维素（％）＝ＡＤＦ（％）－ＡＤＬ（％）……………………………（２—２）半纤维素（％）＝ＮＤＦ（％）－ＡＤＦ（％）…………………一（２—３）北京化工大学硕士学位论文木质素（％）＝ＡＤＬ（％）．灰分（％）……………………“（２．４）由上述公式即可计算出秸秆中各木质纤维素的百分含量。２．２．２．２洗涤剂的配置（１）中性洗涤剂（３％十二烷基硫酸钠）：准确称取１８．６１９乙二胺四乙酸二钠（ＣｌｏＨｌ４０ｓＮａ２・２Ｈ２０，分析纯）和６．８１９四硼酸钠（Ｎａ２８４０２＂ＩＯＨ２０，分析纯）放入烧杯中，加入少量去离子水溶解后，再加入３０９十二烷基硫酸钠（Ｃ１２Ｈ２５Ｎａ０４Ｓ，分析纯）和１０ｍＬ乙二醇乙醚（Ｃ４Ｈｌ００２，分析纯），再称取４．５６９无水磷酸氢二钠（Ｎａ２ＨＰ０４，分析纯）置于另一烧杯中，加入少量去离子水微微加热溶解后，倒入前一烧杯中，在１０００ｍＬ容量瓶中定容至刻度线，调节ｐＨ值为６．９～７．１。（２）酸性洗涤剂（２％十六烷三甲基溴化铵）：称取２０９十六烷三甲基溴化铵（ＣＴＡＢ，分析纯）溶于１０００ｍＬ１Ｎ的硫酸中；１Ｎ硫酸的配置：量取约２７．８７ｍＬ浓硫酸（分析纯）缓缓加入已装有５００ｍＬ去离子水的烧杯中，冷却后注入１０００ｍＬ容量瓶中定容至刻度线。（３）７２％浓硫酸：在１Ｌ的烧杯中加入２６８．２９ｍＬ去离子水，换换加入７３７．１ｍＬ浓硫酸（分析纯）。２．２．２．３测定步骤（１）样品的称量：用专用标记笔给滤袋标号，用分析天平称量滤袋质量记为Ｗ０并去皮；加入事先在１０５℃下烘干的秸秆０．４５～０．５５９，记下样品质量为Ｗｌ，注意秸秆不要太细否则会漏出滤袋；将称好样品的滤袋用封口机在距袋口４ｍｍ处封口。（２）ＮＤＦ的测定：将配置好的中性洗涤剂连接在洗涤剂加入口处；加入将封好口的滤袋摆放在托盘上，将托盘一层层摆放好放入测定仪中，顶部放入重锤确保托盘完全浸没在洗涤剂中；取８ｍＬＡｌｐｈａ－淀粉酶稀释至２５０ｍＬ，放在另一处洗涤剂加入ＩＳｌ，淀粉酶会在洗涤过程中自行加入；打开热水和测定仪开关，选择ＮＤＦ洗涤模式开始洗涤，洗涤开始后手动加入２０９无水Ｎａ２Ｓ０３和４ｍＬＡ１ｐｈａ－淀粉酶；洗涤结束后取出托盘，轻压滤袋挤出水分，然后放入１０５℃烘箱烘干至恒重并用分析天平称重记为Ｗ２。（３）ＡＤＦ的测定：将配置好的酸性洗涤剂连接在洗涤剂加入口处；将ＮＤＦ洗涤后烘干的滤袋放入托盘，开启仪器选择ＡＤＦ洗涤模式进行洗涤；洗涤结束后取出样品，轻压滤袋挤出水分，放入１０５℃烘箱烘干至恒重并用分析天平称重记为Ｗ３。（４）ＡＤＬ的测定：将ＡＤＦ洗涤后烘干的滤袋放入７２％浓硫酸中浸泡４￣５小时，浓硫酸用量约为每个滤袋ｌＯｍＬ左右即可，浸泡结束后用水反复冲洗浸泡滤袋至中性，之后取出滤袋挤出水分，放入１０５℃烘箱烘干至恒重并用分析天平称重记为Ｗ４。（５）灰分的测定：取洗净烘干的坩埚称重记为Ｗ５，将７２％浓硫酸浸泡后烘干的第二章试验材料与方法滤袋放入坩埚中，放入马弗炉中在６００。（２下灼烧２ｈ，冷却后称重记为Ｗ６。２．２．２．４计算公式／ＶＤＦ（％）：生玉×１００％……………………（２－５）肜胁（％）＝华×１００％．…………………“２－６）觎（％）：生墨×１００％……………………（２．７）肜删％）＝孚×１００％．…………………“２－８）２．２．３ＤＮＳ法测定还原糖２．２．３．１测定原理还原糖是指分子中含有自由醛基或者酮基的糖类，单糖都是还原糖，多糖中乳糖和麦芽糖是还原糖，蔗糖和淀粉是非还原糖。还原糖和ＤＮＳ试剂（主要成分是３，５．二硝基水杨酸）反应的过程中，还原糖在碱性条件下加热被氧化成糖酸和其他产物，３，５．二硝基水杨酸被还原为棕红色的３．氨基．５．硝基水杨酸。一定浓度范围内，还原糖的量与棕红色物质颜色深浅程度成正比，可以用分光光度计测定其吸光度，通过与标准曲线的比对计算出还原糖的浓度‘８５１。２．２．３．２试剂的配置（１）葡萄糖标准溶液（１ｍｇ・ｍＬＪ）：将分析纯葡萄糖在８０＂（２烘箱内烘干至恒重，称取１００ｍｇ烘干后的葡萄糖置于小烧杯中，加入一定量的去离子水溶解后转移到１００ｍＬ容量瓶中，并用去离子水定容到刻度线，混匀后备用。（２）ＮａＯＨ溶液（２００９・Ｌ。１）：称取ＮａＯＨ２０．０９，加入１００ｍＬ去离子水溶解。（３）ＤＮＳ试剂：称取３，５．二硝基水杨酸３．１５９，加入适量去离子水在４５。（２水浴中搅拌溶解，加入１００ｍＬ２０９・Ｌ－１的ＮａＯＨ溶液搅拌至透明，逐步加入酒石酸钾钠９１．Ｏ昏苯酚２．５０９和无水亚硫酸钠２．５０９，继续在４５＂（２水浴中加热搅拌直至物质完全溶解后停止加热，冷却至室温后转移到１０００ｍＬ容量瓶中定容至刻度线。配置好的溶液置于棕色瓶中７ｄ后使用，有效期是６个月。２．２．３．３葡萄糖标准曲线的绘制取８支洗净烘干的２０ｍＬ刻度试管，按表２—２分别加入不同量的１ｍｇ・ｍＬ－１葡萄北京化工大学硕士学位论文糖标准液、去离子水配置成不同葡萄糖含量的溶液。表２－２不同浓度葡萄糖溶液配置表Ｔａｂｌｅ２－２Ｇｌｕｃｏｓｅｓｏｌｕｔｉｏｎｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ将上述葡萄糖溶液充分混合摇匀后分别加入１．５ｍＬＤＮＳ试剂，再次混合摇匀后放入１００。Ｃ的沸水浴中加热５ｍｉｎ，取出后冷却至室温，用去离子水定容至２０ｍＬ刻度线后混合摇匀。将分光光度计的波长调至５４０ｎｍ，以１号试管为参比溶液调零，记录其他各管的吸光度，以葡萄糖含量为纵坐标、吸光度为横坐标绘制标准曲线【８５】。２．２．３．４还原糖的测定将待测液稀释到适当倍数，取０．５ｍＬ稀释后的溶液至于２０ｍＬ的试管中，加入１．５ｍＬ的去离子水和１．５ｍＬ的ＤＮＳ试剂混合均匀，于沸水浴中加热５ｍｉｎ，取出冷却后定容至２０ｍＬ刻度线，在５４０ｎｍ波长下以制作标准曲线时的１号管调零，测定其吸光度，根据公式２－９计算其还原糖浓度【８５】。还原糖浓度／ｇ．ｆｔ：查堡堡堕垡丛堡塑堕塑堡型型堕燮……．（２－９）２．２．４ＤＮＳ法测定纤维素酶滤纸酶活２．２．４．１滤纸酶活单位的定义在５０。Ｃ、ｐＨ＝４．８条件下，每反应ｌｈ由底物生成ｌＩ．ｔｍｏｌ葡萄糖所需的酶量定义为一个滤纸酶活单位，记为Ｕ。２．２．４．２缓冲溶液的配置（１）Ｏ．１ｍｏｌ・Ｌ。柠檬酸溶液：准确称取２１．０１４９柠檬酸，用去离子水溶解并定容到１０００ｍＬ。第二章试验材料与方法（２）０．１ｍｏｌ・Ｌ－１柠檬酸钠溶液：准确称取２９．４１２９柠檬酸钠，用去离子水溶解并定容至１０００ｍＬ。取上述柠檬酸溶液２３０ｍＬ和柠檬酸钠溶液２７０ｍＬ混合均匀后定容至１０００ｍＬ，得到０．０５ｍｏｌ・Ｌ～、ｐＨ＝４．８的柠檬酸缓冲溶液。２．２．４．３绘制标准曲线具体方法与２．２．３．３相同２．２．４．４滤纸酶活测定步骤取４支洗净烘干的２０ｍＬ具塞刻度试管分别编号为１、２、３、４，每个试管中加入Ｏ．５ｍＬ的适当浓度的酶液和１．５ｍＬ柠檬酸缓冲溶液，在ｌ号试管中加入１．５ｍＬＤＮＳ溶液以使酶活性钝化，此管作为空白对照，比色时调零。将４支试管均放入５０＂Ｃ水浴中保温５～１０ｍｉｎ，在各自加入５０ｍｇ新华定量滤纸，继续保温１ｈ后在２、３、４号中加入ＤＮＳ溶液使酶反应终止，充分混合摇匀之后放入沸水浴中加热５ｍｉｎ，取出冷却后加入去离子水定容至２０ｍＬ，以１号试管为空白在５４０ｎｍ下用分光光度计测定吸光度，对照标准曲线查出葡萄糖含量，计算滤纸酶活，计算公式如２．１０所剥８５】滤纸酶活（／ｊ．ｇ－１）＝耋慕慧笑霎‰：字｝去蠹羹怒……（２－１０）其中，５．５６为ｌｍｇ葡萄糖的物质的量。２．３正交试验分析方法２．３．１极差分析极差分析是对正交试验比较直观简单的分析，通过对因素各水平的求和以及极差的大小分别确定优水平和因素主次顺序。以Ｌ９（３４）为例具体计算方法如表２．３所示，按表中的计算方法计算出Ｒ值后，按Ｒ值从大到小可以得出因素的主次顺序，每一列的ｋ值最大的所对应的水平为该因素最优水平【８６１。２．３．２方差分析极差分析方法简单易懂，但是不能很好的区分因素水平和误差对结果的影响，无法估计试验误差的大小，而且各因素对试验结果的影响大小不能进行精确的数量估计，所考察因素作用是否显著的标准不明确，方差分析可以弥补这一缺陷【８７１。方差分析是将数据的总变异分解成因素引起的变异和误差引起的变异两部分，构造Ｆ统计量，进行Ｆ检验，根据Ｆ检验结果判断因素作用是否显著【８８】。若Ｆ＞Ｆａ，则该因素影响显著；反之则不显著。Ｆ统计量为因素方差与误差方差的比值。北京化工大学硕士学位论文表２－３极差分析方法Ｔａｂｌｅ２－３Ｒａｎｇｅａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄｙｌ＋ｙ２＋Ｙ３ｙｌ＋ｙ４＋Ｙ７ｙｌ＋ｙ矿ｙ８ｙｌ＋ｙ５＋ｙ９ｙ４＋ｙ５＋Ｙ６Ｙ２＋ｙｓ＋ｙ８ｙ２＋ｙ４＋ｙ９ｙ２＋ｙ６＋ｙ７ｙ７＋ｙ８＋ｙ９ｙ３＋ｙ６＋ｙ９Ｙ３＋Ｙｓ＋Ｙ７ｙ３＋ｙ４＋ｙ８Ｋ１１／３Ｋｌｆｆ３Ｋ１３／３ＫＮ／３蛾杨瞄ｈ场Ｋ２ｌ／３Ｉ（２２／３Ｋ２３／３Ｋ２ｄ３正交试验方差分析中误差可用空列来估计，列出方差分析表，分别计算各列各水平对应数据之和ＫＩｊ、Ｋ２ｊ、Ｋ３ｊ及其平方Ｋｌｊ２、Ｋ２ｊ２、Ｋ３ｊ２。计算各列偏差平方和ｓｓｊ以及自由度析，二者比值极为方差【８９１，计算公式如２．１１所示。ＳＳ．，＝吾羔Ｋ弓１１、２ｆｎ、——ｌ』一Ｉ下一，刀Ｌ∑ｘ小＝ｍ—ｌ，＝ｌ浮１）（２．１１）其中，ｎ为试验总次数，ｍ为各因素水平数，ｒ＝ｎ／ｍ。２２第三章ＮａＯＨ预处理对玉米秸性质的影响第三章ＮａＯＨ预处理对玉米秸性质的影响３．１试验设计３．１．１玉米秸预处理取粉碎后玉米秸，分别加入秸秆ＴＳ质量的Ｏ％、２％、４％、６％、８％和１０％的ＮａＯＨ，同时加入一定量的水配置成ＴＳ浓度为１５％的混合液，分别反应１ｄ、２ｄ和３ｄ，反应结束后，将玉米秸置于６０℃烘箱中烘干至恒重，测定其预处理前后木质纤维素含量的变化。３．１．２预处理玉米秸浸泡试验取ＴＳ质量为１．５９的预处理烘干后的玉米秸，加入一定量的水配置成ＴＳ为１５％的混合液，浸泡３ｈ后将混合液离心，取上清液测定其还原糖浓度，并将上清液稀释５０倍测定其ＣＯＤ浓度。３．２结果与讨论３．２．１预处理前后玉米秸质量变化分别计算不同预处理浓度和时间条件下玉米秸预处理后的失重率，结果如图３．１所示。从图中可以看出预处理后玉米秸的质量均有所减少，但失重率总体而言较少，最大失重率为８．１１％，多数试验组失重率均在５％以内；随ＮａＯＨ浓度增加，玉米秸失重率先增加后减小；随着预处理时间的增加，失重率逐渐增加。秸秆质量损失主要来源于预处理过程中微生物的作用，因为秸秆本身和环境中存在着少量微生物，在秸秆预处理过程中由于水的存在给微生物提供了较为适宜的环境，秸秆中的少量淀粉、蛋白质以及预处理过程中被部分降解的纤维素和半纤维素都可以被微生物分解，转化成Ｃ０２等气体以及挥发性脂肪酸等挥发性成分，在预处理过程中或者后期烘干的过程中脱离体系，使得秸秆的质量减少。ＮａＯＨ浓度为２％试验组相比于ＮａＯＨ浓度为Ｏ％试验组玉米秸失重率有所增加，之后随着ＮａＯＨ浓度的继续增加，失重率开始逐渐减小，到ＮａＯＨ浓度为１０％时失重率接近于０；ＮａＯＨ浓度为２％和４％试验组玉米秸失重率高于ＮａＯＨ浓度为Ｏ％试验组，说明低浓度ＮａＯＨ的添加使微生物活动有所加强，另一方面反映出玉米秸可降解性能加强；ＮａＯＨ浓度为６％时玉米秸失重率与ＮａＯＨ浓度为０％试验组相差不大，说明该ＮａＯＨ浓度微生物活性有所抑制，该抑制作用与玉米秸可降解性能的增加作用大体相抵；当ＮａＯＨ浓度增加到８％以后，玉米秸失重率迅速减小，明显低于ＮａＯＨ浓北京化工大学硕士学位论文度为Ｏ％试验组，说明在ＮａＯＨ高浓度时微生物活性受到抑制，当ＮａＯＨ浓度达到１０％以后失重率基本接近于０。从预处理时间来看，除ＮａＯＨ浓度为１０％试验组以外，其他各试验组失重率均随预处理时间的延长而增大，说明随反应时间的进行，微生物对玉米秸的消耗逐渐增大。因此从失重率角度来看，较高的ＮａＯＨ浓度可以抑制环境微生物在预处理过程中对玉米秸中有机物的消耗，减少不必要的损失；预处理时间的增长也会增加预处理过程中有机物的损失；ＮａＯＨ浓度为１０％，预处理１ｄ试验组玉米秸失重率最小。９８７６Ｓ＿■１ｄ口２ｄ交＼簪≤≤４曰３ｄ３２１ＯＵ”０－＝ｏ０４７０６”０Ｓ”ｏｌＵ？０ＮａｏＨｊ末囊图３－１预处理后玉米秸的失重率Ｆｉｇ３－１Ｗｅｉｇｈｔｌｏｓｓｏｆｐｒｅｔｒｅａｔｅｄｃｏｒｎｓｔｒａｗ３．２．２预处理后玉米秸木质纤维素含量变化取未预处理玉米秸和预处理后烘干的玉米秸分别测定其木质纤维素含量，并考虑预处理前后玉米秸的失重率，计算预处理后木质纤维素相对于原始物料的百分含量（以下分析中木质纤维素含量均指相对于原始物料的百分含量）。３．２．２．１预处理后玉米秸总木质纤维素含量变化预处理后玉米秸的总木质纤维素含量变化如图３．２所示。由图中可以看出ＮａＯＨ浓度对总木质纤维素含量变化有明显影响，随ＮａＯＨ浓度增加总木质纤维素降含量逐渐降低，预处理时间对总木质纤维素的含量变化影响不大。对于预处理１ｄ试验组，当ＮａＯＨ浓度为２％和４％时，玉米秸的总木质纤维素含量降低程度较小，相对于ＮａＯＨ浓度为Ｏ％试验组分别降低了６．３５％和８．１７％；当ＮａＯＨ浓度增加到６％以后，总木质纤维素的含量开始有较大程度的降低，相对于ＮａＯＨ浓度为Ｏ％试验组降低了１６．１７％；当浓度继续增加到８％和１０％时，总木质纤维素的含量分别降低了２２．５９％和３２．１１％。第三章ＮａＯＨ预处理对玉米秸性质的影响对于预处理２ｄ试验组，其总木质纤维素含量变化趋势与预处理１ｄ的相似，在ＮａＯＨ浓度为２％和４％时降幅减小，分别为９．０９％和１０．５１％，相比于预处理１ｄ减幅有所增大；当ＮａＯＨ浓度增加到６％、８％和１０％时，木质纤维素含量相对于ＮａＯＨ浓度为０％试验组分别降低了１６．５８％、２３．９３％和３１．０３％；与预处理１ｄ相比降幅有所增加，但增加幅度不大。对于预处理３ｄ试验组，总木质纤维素含量变化趋势也是一样的，当ＮａＯＨ浓度为２％和４％时，总木质纤维素含量相对于ＮａＯＨ浓度为０％试验组分别降低了５．３２％和６．８３％；当ＮａＯＨ浓度增加到６％、８％和１０％时，降幅分别达到１４．６１％、２１．４１％和２７．２４％；相对于预处理１ｄ和２ｄ试验组总木质纤维素含量总体相差不大。综合以上分析，不同预处理时间各试验组玉米秸总木质纤维素含量均随着ＮａＯＨ浓度的增加而降低，当ＮａＯＨ浓度达到６％以上时木质素含量降幅幅明显加大；预处理时间对木质纤维素含量变化影响差别不明显；预处理ｌｄ、ＮａＯＨ浓度为１０％试验组总木质纤维素含量最小为４７．５６％，相对于ＮａＯＨ浓度为Ｏ％试验组降低了３２．１１％。∞飞飞∞∞：；：如笛∞Ｕ？０二？０｛“０Ｏ？ｏＳ１０一１ｄｒ＿！：＝２ｄ瞬３ｄｌＵ”０Ｎａ０Ｈ浓熏图３．２预处理后总木质纤维素的含量变化Ｆｉｇ３－２Ｃｈａｎｇｅｏｆｌｉｇｎｏｃｅｌｌｕｌｏｓｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎａｆｔｅｒｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ３．２．２．２预处理后玉米秸纤维素含量变化预处理后玉米秸纤维素含量变化如图３．３所示。从图中可以看出，预处理１ｄ、添加ＮａＯＨ试验组纤维素含量相对于ＮａＯＨ浓度为Ｏ％试验组有明显降低，并且随着ＮａＯＨ浓度的增加，纤维素含量逐渐减低，在ＮａＯＨ浓度为８％时，纤维素含量降低到最小值，相对ＮａＯＨ浓度为Ｏ％试验组纤维素含量降低了１２．７１％；１０％试验组纤维素含量降幅也较大，相对于ＮａＯＨ浓度为Ｏ％试验组减小了１０．５２％。预处理２ｄ和３ｄ试验组纤维素含量变化不明显，只有在ＮａＯＨ浓度为１０％时纤维素的含量变化较大，相对于ＮａＯＨ浓度为０％试验组分别降低了９．２９％和８．７０％；其北京化工大学硕士学位论文他浓度预处理组的纤维素含量变化幅度均在１０％以内。综合以上分析，预处理１ｄ试验组纤维素含量减小较为明显，在ＮａＯＨ浓度为８％时纤维素含量降低到最小值，相对于未预处理试验组降低了１２．７１％；预处理ｌｄ、ＮａＯＨ浓度为１０％试验组纤维素含量降幅也比较大，相对于ＮａＯＨ浓度为Ｏ％试验组降低了１０．５２％。加弱如巧如巧■ｌｄ亡２ｄ图３ｄｍ５０００Ｏ二”０４”０Ｏ”ＯＳｏＯｌＵ”０ＮａｏＨ；戋童图３－３预处理后纤维素的含量变化Ｆｉｇ３－３Ｃｈａｎｇｅｏｆｃｅｌｌｕｌｏｓｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎａｆｔｅｒｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ３．２－２．３预处理后玉米秸半纤维素含量变化预处理后玉米秸的半纤维素含量变化如图３．４所示。从图中可以看出，预处理前后玉米秸的半纤维素含量变化与总木质纤维素的含量变化趋势相似，随着ＮａＯＨ浓度的增加逐渐降低；预处理时间对半纤维素含量的变化影响不大，预处理１ｄ试验组半纤维素含量降低最为明显。对于预处理１ｄ试验组，在ＮａＯＨ浓度为２％和４％时半纤维素含量变化很小，分别降低了６．４１％和９．９３％；ＮａＯＨ浓度达到６％时半纤维素含量开始明显减小，相对于未预处理试验组减小了２４．２２％；当ＮａＯＨ浓度为８％和１０％时，半纤维素的含量进一步减少，相对于未预处理试验组分别减少了３５．１０％和４８．６４％。对于预处理２ｄ试验组，半纤维素含量变化趋势与预处理ｌｄ相似，在ＮａＯＨ浓度为２％和４％时降幅减小，分别为７．８１％和１０．４３％，相比于预处理ｌｄ减幅有所增大；当ＮａＯＨ浓度增加到６％、８％和１０％时，半纤维素含量相对于ＮａＯＨ浓度为０％试验组分别降低了２２．２８％、３４．９１％和４９．７９％，与预处理１ｄ相比降幅略有减小。对于预处理３ｄ试验组，半纤维素含量变化趋势也相同，当ＮａＯＨ浓度为２％和４％时，半纤维素含量相对于ＮａＯＨ浓度为０％试验组分别降低了１．６４％和９．５２％：当ＮａＯＨ浓度增加到６％、８％和１０％时，降幅分别达到１９．３５％、３６．６２％和４３．５１％。总第三章ＮａＯＨ预处理对玉米秸性质的影响体而言相对于预处理１ｄ和２ｄ试验组半纤维素含量降幅稍低，但总体相差不大。综合以上分析，预处理对于半纤维素含量变化影响十分明显，半纤维素含量最小试验组相对于ＮａＯＨ浓度为Ｏ％试验组降幅达到了４９．７９％，半纤维素的含量在总木质纤维素中的比重很大，半纤维素含量变化对于总木质纤维素含量变化贡献也较大；预处理时问对半纤维素含量变化影响不明显；ＮａＯＨ浓度对半纤维素含量变化影响较大，在ＮａＯＨ浓度增加到６％以后半纤维素含量降幅迅速增大到２０％以上并且在ＮａＯＨ浓度为１０％时达到５０％左右。半纤维素含量降幅最大的为预处理２ｄ、ＮａＯＨ浓度为１０％试验组，其次是预处理Ｉｄ、ＮａＯＨ浓度为１０％试验组，二者相差不大。如於如婪如”ｍ，一■ｌｄ口２ｄ园３ｄ００００二”０＿Ｉｏ０６００Ｓ”０１０”ｏＮａ０Ｈｉ末笺图３－４预处理后半纤维素的含量变化Ｆｉｇ３＿４Ｃｈａｎｇｅｏｆｈｅｍｉ－ｃｅｌｌｕｌｏｓｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎａｆｔｅｒｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ３．２．２．４预处理后玉米秸木质素含量变化预处理后玉米秸的木质素含量变化如图３．５所示。■１ｄ［２ｄ暖３ｄ００ｏ二ｏ０Ｊｏ０６０ｏＳｏ０１０００ＮａｏＨｉ衣壹图３－５预处理后木质素的含量变化Ｆｉｇ３－５Ｃｈａｎｇｅｏｆｌｉｇｎｉｎｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎａｆｔｅｒｐｒｅｔｒｅａｔｍｃｎｔ２７北京化工大学硕士学位论文从图中可以看出，试验所测玉米秸中木质素含量总体上较低，且各试验组木质素含量的变化并没有呈现十分明显的规律。综合以上对总木质纤维素、纤维素、半纤维素含量变化的分析可以看出，ＮａＯＨ预处理主要作用于玉米秸中的半纤维素，对半纤维素的含量有很大程度的降低，最大降幅可以达到４９．７９％；对纤维素含量也有一定程度的降低，但降低程度远小于半纤维素；ＮａＯＨ可以与纤维素与半纤维分子结构中的酯键反应，使纤维素和半纤维素的链发生断裂，由于半纤维素的聚合度比纤维素低，因此半纤维素降解程度较大。预处理１ｄ、２ｄ和３ｄ对于玉米秸中木质纤维素含量变化影响不大，说明在预处理ｌｄ时间内，ＮａＯＨ与纤维素、半纤维素之间的反应已经进行的比较完全，增加预处理时间意义不大；ＮａＯＨ浓度对玉米秸木质纤维素含量变化影响较大，在浓度较低时作用不明显，当浓度达到６％以上时，木质纤维素含量开始有较大的降低，浓度为１０％时木质纤维素含量降幅达到最大。３．２．３预处理玉米秸浸泡液组成３．２．３．１浸泡液ＣＯＤ浓度不同预处理玉米秸浸泡液ＣＯＤ浓度如图３－６所示。∞∞如如．，Ｉ．一√如如加Ｏ００ｏ■１ｄ口２ｄ目３ｄ２Ｐ０４００ｏｏＳｏＯ１００．６ＮａＯＨ；东童图３＿６不同预处理玉米秸浸泡液的ＣＯＤ浓度Ｆｉｇ３－６ＣＯＤｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｓｏｋｉｎｇｌｉｑｕｉｄｆｒｏｍｐｒｅｔｒｅａｔｅｄＣ０１ＴＩｓｔｒａｗ从图中可以看出在ＮａＯＨ浓度较低时，浸泡液ＣＯＤ浓度变化不大，当ＮａＯＨ浓度增加到８％时ＣＯＤ浓度开始明显增加，ＮａＯＨ浓度增加到１０％时ＣＯＤ浓度也达到最大。从预处理时间上看，ＣＯＤ浓度随预处理时间的增加而减小，但是差异不明显，说明后期环境微生物的作用逐渐增强，ＣＯＤ被消耗。ＮａＯＨ浓度从０％增加到６％的过程中，木质纤维素含量有所降低，但浸泡液的ＣＯＤ浓度没有明显变化，说明ＮａＯＨ浓度在这一范围内时，木质纤维素并没有降解第三章ＮａＯＨ预处理对玉米秸性质的影响成可溶性的小分子；当ＮａＯＨ浓度为８％和１０％时，ＣＯＤ浓度明显增加，说明此时木质纤维素成分进一步降解成可溶性物质。３．２．３．２浸泡液的还原糖浓度预处理后玉米秸浸泡液还原糖浓度如图３．７所示，从图中可以看出随着ＮａＯＨ浓度增加，浸泡液还原糖浓度呈下降趋势。在ＮａＯＨ浓度小于４％时浸泡液中还原糖浓度较大，当ＮａＯＨ达到６％以后浸泡液还原糖浓度明显降低。由于ＮａＯＨ浓度为０％试验组还原糖浓度较高，因此可以推断还原糖的产生并非因为ＮａＯＨ的作用，而是环境微生物分泌胞外酶水解浸泡液中的有机物而产生，在ＮａＯＨ浓度在６％以上时，由于强碱性环境使微生物分泌的酶失活，微生物活动受到抑制。由于还原糖是ＣＯＤ的一部分，ＮａＯＨ低浓度时还原糖所占比例较大，约占到ＣＯＤ的２０％，－４０％，当ＮａＯＨ浓度高于６％之后还原糖所占ＣＯＤ的比例下降到１０％以内。由此进一步说明在ＮａＯＨ低浓度时，由于ＮａＯＨ和微生物的综合作用，玉米秸中的小部分木质纤维素转化为可溶性小分子和单糖；当ＮａＯＨ浓度大于６％时，微生物作用减小，玉米秸的木质纤维素在ＮａＯＨ作用下降解为可溶性小分子物质，但并没有完全降解为单糖。Ｓ●１ｄ口２ｄ目３ｄ６枣乏《蠢鲞寰４２０００＇０２０，０４７７０６７—０Ｓ？０ｌＵ？０ＮａｏＨ浓囊图３．７不同预处理玉米秸浸泡液的还原糖浓度ｒｉｇ３－７Ｒｅｄｕｃｉｎｇｓｕｇａｒｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｓｏｋｉｎｇｌｉｑｕｉｄｆｒｏｍｐｒｅｔｒｅａｔｅｄｃｏｒｎｓｔｒａｗ３．２．４预处理前后玉米秸微观结构分析３．２．４．１预处理前后玉米秸ＳＥＭ分析将未预处理玉米秸和ＮａＯＨ浓度为１０％、预处理ｌｄ的玉米秸进行ＳＥＭ对比分析，放大５００倍和１０００倍后玉米秸微观结构如图３．８、图３－９所示。从图中可以看出未预处理玉米秸表面光滑纤维束排列整齐，而经过预处理后的玉米秸表面明显出现了断北京化工大学硕士学位论文裂，部分纤维被剥离形成碎片，玉米秸致密的结构变得疏松，这就为后续酶水解过程提供了更多的酶结合位点。ａ为未预处理玉米秸；ｂ为ＮａＯＨ浓度１０％、预处理ｌｄ玉米秸图３－８５００倍扫描电镜下预处理后玉米秸表面结构变化Ｆｉｇ３－８ＭｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃｈａｎｇｅｏｆｃｏｒｎｓｔｒａｗａｆｔｅｒｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｕｎｄｅｒＳＥＭ（×５００）ａ为未预处理玉米秸；ｂ为ＮａＯＨ浓度１０％、预处理１ｄ玉米秸图３－９１０００倍扫描电镜下预处理后玉米秸表面结构变化Ｆ埯３－９ＭｉｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃｈａｎｇｅｏｆｃｏｒｎｓｔｒａｗａｆｔｅｒｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｕｎｄｅｒＳＥＭ（×１０００）３．２．４．２预处理前后玉米秸傅立叶变换红外光谱分析取未预处理玉米秸和ＮａＯＨ浓度１０％、预处理ｌｄ的玉米秸进行傅立叶变换红外光谱分析（ＦＴ－瓜），结果如图３．１０所示。从图中可以看出，未预处理玉米秸和预处理后玉米秸的红外光谱图形状基本相同，主要差异在于某些特征峰的变化，通过这些特征峰的变化情况可以分析玉米秸中官能团的改变，从分子结构角度阐明预处理对玉米秸的作用效果。在波数为１７３５ｃｍ‘１的吸收峰为酯类化合物及酮类化合物中的Ｃ＝Ｏ伸缩振动，波数为１３７８ｃｍ‘１的吸收峰为来源于脂肪族化合物中的－－ＣＨ３的对称变形振动，１３２１ｃｍ。１处的吸收峰为碳水化合物中的－－ＯＨ基的变形振动【矧，这些特征峰的消失表明预处理过程ＮａＯＨ与玉米秸半纤维素乙酰基、糖醛酸和酯键以及羟基发生反应【ｌ３１。第三章ＮａＯＨ预处理对玉米秸性质的影响Ｉ｝６＼诗蜊魁波数／ｃｍａ为未预处理玉米秸；ｂ为ＮａＯＨ浓度１０％、预处理１ｄ玉米秸图３．１０未预处理和ＮａＯＨ预处理玉米秸红外光谱图Ｆｉｇ３－１０Ｆｏｕｒｉｅｒｔｒａｎｓｆｏｒｍｉｎｆｒａｒｅｄｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ（ＦＴ－ＩＲ）ｏｆｕｎｔｒｅａｔｅｄａｎｄｐｒｅｔｒｅａｔｅｄｃｏｒｎｓｔｒａｗ３．２．４．３预处理前后玉米秸Ｘ射线衍射分析１８００１６００１４００１２００１０００８００善配∽６００４００２００Ｏ１８００１６００／．、盈皇１４００１２００１０００８受∽配８００６００４００２００Ｏ２０ｏ）ａ为未预处理玉米秸；ｂ为ＮａＯＨ浓度１０％、预处理１ｄ玉米秸图３．１１预处理前后玉米秸ｘ射线衍射图Ｆｉｇ３—１１Ｘ—ｒａｙｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｏｆｕｎｔｒｅａｔｅｄａｎｄｐｒｅｔｒｅａｔｅｄ３１ｃｏｒｎｓｔｒａｗ北京化工大学硕士学位论文取未预处理玉米秸和ＮａＯＨ浓度１０％、预处理１ｄ的玉米秸进行ｘ射线衍射分析（ＸＲＤ），结果如图３．１ｌ所示。从图中可以看出两者的衍射谱图基本一致，在２２．００有一个主要峰代表的是结晶区的衍射强度；在１６．００有一个次要峰代表的是无定形区的衍射强度。预处理前后ＸＲＤ图谱无明显变化表明玉米秸预处理后晶体结构并没有受到破坏。３．３本章小结（１）ＮａＯＨ预处理主要破坏秸秆中的半纤维素，将秸秆中的半纤维素降解成为可溶性小分子。（２）预处理ｌｄ、ＮａＯＨ浓度为１０％试验组预处理效果最好，其总木质纤维素、半纤维素含量分别降低了３２．１１％、和４８．６４％，浸泡液ＣＯＤ浓度最大，为６２．５０９・Ｌ～。（３）从微观结构上看，预处理后玉米秸表面发生了断裂，表征半纤维素乙酰基、糖醛酸和酯键以及羟基的特征峰消失，纤维素晶体结构没有被破坏。第四章不同预处理对玉米秸酶水解效果的影响第四章不同预处理对玉米秸酶水解效果的影响４．１试验设计将玉米秸按照３．１．１中方法预处理烘干，取ＴＳ质量为９９的预处理烘干后的玉米秸，加入一定量的水配置成ＴＳ浓度为１５％的混合液，由于１５％负荷较高，所以９９玉米秸分成等量的两份分两次加入，反应开始加入４．５９玉米秸，加水混匀后用ＨＣｌ调节ｐＨ＝５，加入纤维素酶溶液使酶浓度为３００Ｕ／ｇＴＳ底物，放入５０℃的摇床中反应３ｈ，再加入剩余４．５９玉米秸，并再次调节ｐＨ＝５，然后放入摇床继续反应。分别在２４ｈ、４８ｈ、７２ｈ和９６ｈ取５ｍＬ混合液离心后测定上清液的还原糖浓度，并测定反应９６ｈ后最终所得混合液的ＴＳ浓度；将离心后固体在１０５℃烘箱内烘干，测定酶水解后玉米秸的木质纤维素含量变化。４．２结果与讨论４．２．１不同预处理玉米秸酶水解还原糖浓度４．２．１．１预处理１ｄ玉米秸水解试验结果预处理１ｄ玉米秸纤维素酶水解液的还原糖浓度如图４．１所示。６０５０＿Ｊ—＋一０％∞≥４０避十２％－－－０－４％—日一６％器３０口ｑ２０士８％—＊一１０％１００Ｏ２４４８’７２９６反应时间／ｈ图４－１预处理１ｄ玉米秸酶水解还原糖浓度随时间的变化Ｆｉｇ４－１Ｒｅｄｕｃｉｎｇｓｕｇａｒｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｈｙｄｒｏｌｙｚａｔｅｗｉｔｈｌｄｐｒｅｔｒｅａｔｅｄｃｏｒｎｓｎ．ａｗ从图中可以看出ＮａＯＨ浓度为２％试验组在反应７２ｈ时还原糖浓度达到最大值，其余各试验组均在４８ｈ还原糖浓度达到最大值。随着ＮａＯＨ浓度的增加，水解液还原糖浓度也呈增加的趋势。ＮａＯＨ浓度为２％北京化工大学硕士学位论文试验组酶水解所得还原糖的浓度较低，达到最大浓度时只有２３．０８ｇ・Ｌ－１，与未添加ＮａＯＨ试验组相差不大：当ＮａＯＨ浓度达到４％以后，水解液还原糖浓度有比较明显的增加，最大浓度达到３２．０１ｇ・Ｌ一，相比ＮａＯＨ浓度为Ｏ％试验组增加了３８．６９％；随着ＮａＯＨ浓度增大，还原糖的浓度继续增加但增幅变小，６％、８％和１０％试验组还原糖最大浓度分别为３６．８９ｇ・Ｌ一、４０．８９ｇ・Ｌ。１和４６．７０ｇ・Ｌ～，相比于ＮａＯＨ浓度为Ｏ％试验组分别增加了５９．８％、７７．１６％和１０２．３４％。４．２．１．２预处理２ｄ玉米秸酶水解试验结果预处理２ｄ玉米秸纤维素酶水解液的还原糖浓度如图４．２所示。从图中可以看出，２％、４％和６％试验组在反应２４ｈ时达到了还原糖浓度的最大值，而８％和１０％试验组在４８ｈ达到最大还原糖浓度。ＮａＯＨ浓度为２％、４％和６％试验组水解液的还原糖浓度并未表现出明显差异，最大还原糖浓度分别为２７．１２ｇ．Ｌ～、２７．３７ｇ．Ｌ。和２９．２３ｇ・Ｌ一；但当ＮａＯＨ浓度达到８％以后水解液还原糖浓度增加明显，达到４５．Ｏｌｇ・Ｌ～，相对于ＮａＯＨ浓度为Ｏ％试验组增加了６２．２８％；１０％试验组与８％试验组相比还原糖浓度无明显差别，最大还原糖浓度为４４．８５ｇ・Ｌ～。６０５０—＋一Ｏ％—ｅ一一＂３００二面≥４０＝最—◆一４％—日一６％—６—８％囊釜墨３０ｌＯ—Ｘ—１０％０Ｕ２４４８７２９６反应时间／ｈ图４－２预处理２ｄ玉米秸酶水解还原糖浓度随时间的变化Ｆｉｇ４－２Ｒｅｄｕｃｉｎｇｓｕｇａｒｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｈｙｄｒｏｌｙｚａｔｅｗｉｔｈ２ｄｐｒｅｔｒｅａｔｅｄｃｏｒｎｓｔｒａｗ４．２．１．３预处理３ｄ玉米秸酶水解试验结果预处理３ｄ玉米秸纤维素酶水解液的还原糖浓度如图４．３所示。从图中可以看出，ＮａＯＨ浓度为２％、４％和１０％试验组在４８ｈ时还原糖浓度达到最大值，６％和８％试验组在９６ｈ还原糖浓度达到最大值。ＮａＯＨ浓度为２％和４％试验组水解液还原糖浓度相差不大，最大还原糖浓度分别为２６．８３ｇ・Ｌ。１和２８．８６ｇ・Ｌ～；ＮａＯＨ浓度为６％时，还原糖浓度有所增加，最大还原３４第四章不同预处理对玉米秸酶水解效果的影响糖浓度达到３９．５８ｇ＇Ｌ～；ＮａＯＨ浓度为８％和１０％试验组还原糖浓度继续增大，分别达到４５．３０ｇ．Ｌ－１和４６．７８ｇ－Ｌ’１６０５０・－－－—Ｊ－一００ｏ—ｅ一二ｏｏ宴－ｌｏ，：）—◆一－Ｉｏｏ莲３０—日一６００ｄ：Ｏ—６一Ｓｏ—ｊ１０—＊一１００Ｏ０Ｏ２－ｌ４Ｓ７２９６夏立时间／ｈ图４－３预处理３ｄ玉米秸酶水解还原糖浓度随时间的变化Ｆｉｇ４－３Ｒｅｄｕｃｉｎｇｓｕｇａｒｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｈｙｄｒｏｌｙｚａｔｅｗｉｔｈ３ｄｐｒｅｔｒｅａｔｅｄｃｏｒｎｓｔｒａｗ综合上述分析可知，酶水解还原糖浓度随着ＮａＯＨ浓度的增加而增加，在ＮａＯＨ浓度为１０％时，还原糖浓度达到最大值；对ＮａＯＨ浓度为２％试验组，酶水解还原糖浓度随预处理时间的增加有所增加，其他试验组预处理时间对酶水解还原糖的产量并无明显影响；综合来看多数试验组在４８ｈ时均达到了还原糖的最大浓度，说明酶水解反应在４８ｈ时达到平衡。４．２．２酶水解９６ｈ后混合液ＴＳ浓度玉米秸酶水解反应９６ｈ后混合液ＴＳ浓度如图４＿４所示。Ｓｖ４３２●ｌｄ１口２ｄ０９目３ｄ８７６５Ｏｏ０２００４００６００ＳＯ０１０００ＮａＯＨ＃东室图４－４酶水解反应９６ｈ后混合液的ＴＳ浓度Ｆｉｇ４－４ＴＳｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｈｙｄｒｏｌｙｚａｔｅａｆｔｅｒ９６ｈｃｅｌｌｕｌａｓｅｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ北京化工大学硕士学位论文从图中可以看出，酶水解后混合液ＴＳ浓度随着ＮａＯＨ浓度增加而降低。反应初始ＴＳ浓度为１５％，在经过９６ｈ酶水解反应后，混合液ＴＳ浓度明显下降。ＮａＯＨ浓度为２％试验组酶水解后ＴＳ浓度约为１３％，比反应初始值降低了２％；ＮａＯＨ浓度为８％和１０％试验组酶水解后ＴＳ均降低到１０％以下，最低的一组降到７．８％。由此可以看出酶水解过程中玉米秸在酶的作用下部分液化成可溶性糖，使得混合液ＴＳ浓度降低。４．２．３不同预处理玉米秸降解率和酶水解率４．２．３．１酶水解后玉米秸纤维素降解率酶水解后玉米秸纤维素相对于原始物料降解率如图４．５所示，纤维素酶水解主要作用目标是纤维素，纤维素的降解率直接反映出酶水解效果好坏。从图中可以看出，随着预处理ＮａＯＨ浓度增加玉米秸纤维素降解率逐渐增加，降解率最大达到了５５．８６％。ＮａＯＨ浓度为２％时纤维素降解率较小，当ＮａＯＨ浓度达到４％以上时，纤维素的降解率明显增大；预处理时间对纤维素降解率影响没有明显规律，预处理１ｄ时纤维素的降解率较大；ＮａＯＨ浓度为１０％、预处理３ｄ试验组纤维素降解率最大，为５５。８６％，其次是ＮａＯＨ浓度为１０％预处理１ｄ试验组，纤维素降解率为５０．８７％。６０５０＼姜３０口２ｄ目３ｄ装－｝Ｏ—１ｄ如２０１０００ｑｏ＝三”ｏ４”０６０ｏＳ？ｏ１００’ｏＮａＯＨ浓度图４－５酶水解后玉米秸纤维素的降解率Ｆｉｇ４－５Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｒａｔｅａｆｔｅｒｃｅｌｌｕｌａｓｅｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ４．２．３．２酶水解后玉米秸半纤维素降解率酶水解后玉米秸半纤维素相对于原料的降解率如图４—６所示，试验所用纤维素酶为微生物发酵后提取所得粗酶，酶液中也含有一定量微生物和半纤维素酶，因此酶水解过程中半纤维素也有所降解。从图中可以看出，随着ＮａＯＨ浓度的增加半纤维素降解率逐渐增大，当ＮａＯＨ浓度为２％时，纤维素的降解率较小，为２５％左右；随着ＮａＯＨ浓度增加，纤维素降解率不断增大，当ＮａＯＨ浓度为１０％时，纤维素降解率最高达到第四章不同预处理对玉米秸酶水解效果的影响了８５％左右；另一方面预处理时间对于酶水解效果影响差异并不明显。１００Ｓ０装●ｌｄＥ２ｄ圈３ｄ≥６０鼍蚩一４０２００ＮａＯＨ浓宝图４石酶水解后玉米秸的半纤维素降解率Ｆｉｇ４－６Ｈｅｍｉ－ｅｅｌｌｕｌｏｓｅｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｍｔｃａｆｔｅｒｃｅｌｌｕｌａｓｅｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ４．２．３．３不同预处理玉米秸酶水解反应９６ｈ后酶水解率由于酶水解过程中纤维素和半纤维素都有所降解，因此酶水解率的计算以纤维素和半纤维素含量之和为基准，计算公式如４．１所示：酶水解率／％＝原菊画善粪墓冀爹鍪｛％‰×，。。％………一ｃ４－・，６０５０一ｌｄ臼２ｄ圈３ｄ其中，０．９为还原糖换算为总糖的比例系数。不同预处理玉米秸酶水解反应９６ｈ后酶水解率如图４．７所示。＼婚永４０姜３０芒霍２０ｌＯ００００：ｏｏｊｏｏ６００Ｓｏ０１０００ＮａＯＨ；＇末熏图４－７不同预处理玉米秸酶水解反应９６ｈ后酶水解率Ｆｉｇ４－７Ｃｃｌｌｕｌａｓｃｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓｒａｔｅａｆｔｅｒ９６ｈｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ北京化工大学硕士学位论文从图中可以看出酶水解率随ＮａＯＨ浓度增加而增加；在较低ＮａＯＨ浓度时酶水解率变化不大，当ＮａＯＨ浓度达到６％后，酶水解率开始明显增加；当ＮａＯＨ浓度为１０％时酶水解率达到最大，最大值为５１．０７％，相对于未添加ＮａＯＨ试验组提高了３５．５２％。４．２．４酶水解后玉米秸微观结构变化４．２．４．１酶水解后玉米秸ＳＥＭ分析取未预处理玉米秸和ＮａＯＨ浓度为１０％、预处理ｌｄ玉米秸以及其酶水解后玉米秸进行ＳＥＭ对比分析，放大５００倍和１０００倍后玉米秸微观结构如图４—８、图４．９所示。从酶水解后玉米秸ＳＥＭ图中可以看出玉米秸的结构发生了明显变化，纤维束表面完全被破坏，呈现出更多缝隙和碎片，由于酶水解过程降解了将近９０％的半纤维素，使得纤维束结构变得不完整，内部裸露出来。ａ为未预处理玉米秸；ｂ为ＮａＯＨ浓度１０％、预处理ｌｄ玉米秸；Ｃ为酶水解后玉米秸图４－８５００倍扫描电镜下未预处理玉米秸、预处理玉米秸、酶水解后玉米秸表面结构变化Ｆｉｇ４－８Ｍｉｃｒｏｓｔｍｃｔｕｒｅｏｆｕｎｔｒｅａｔｅｄ，ｐｒｅｔｒｅａｔｅｄａｎｄｈｙｄｒｏｌｙｚｅｄｃｏｒｎｓｔｒａｗｕｎｄｅｒＳＥＭ（ｘ５００）ａ为未预处理玉米秸；ｂ为ＮａＯＨ浓度１０％、预处理１ｄ玉米秸；ｃ为酶水解后玉米秸图４－９１０００倍扫描电镜下未预处理玉米秸、预处理玉米秸、酶水解后玉米秸表面结构变化Ｆｉｇ４－９Ｍｉｃｒｏｓｔｍｃｔｕｒｅｃｈａｎｇｅｏｆｕｎｔｒｅａｔｅｄ，ｐｒｅｔｒｅａｔｅｄａｎｄｈｙｄｒｏｌｙｚｅｄＣＯｒｎｓｔｒａｗｕｎｄｅｒＳＥＭ（×１０００）４．２．４．２酶水解后玉米秸傅立叶变换红外光谱分析取未预处理玉米秸和ＮａＯＨ浓度为１０％、预处理１ｄ玉米秸及其酶水解后玉米秸进行ＦＴ－ＩＲ分析，结果如图４－９所示。酶水解后玉米秸的光谱图相对于未预处理组在波数为１７３５ｃｍＪ处的特征峰消失，与预处理玉米秸谱图相一致；但相对于ＮａＯＨ预处理组在１３７５ｃｍｏ和１３２１ｃｍ。１处特征峰有所增加，说明酶水解反应过程中随着纤维素第四章不同预处理对玉米秸酶水解效果的影响和半纤维素的断裂产生了新的甲基和羟基。誉》＊韵图４０００３５００３０００２５００２０００１５００１０００５０００波数／ｃｍ。１ａ为未预处理玉米秸；ｂ为ＮａＯＨ浓度１０％、预处理１ｄ玉米秸；Ｃ为酶水解后玉米秸图４－１０未预处理、预处理以及酶水解后玉米秸红外光谱图Ｆｉｇ４—１０Ｆｏｕｒｉｅｒｔｒａｎｓｆｏｒｍｉｎｆｒａｒｅｄｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ（ＦＴ．ＩＲ）ｏｆｓｔｒａｗｕｎｔｒｅａｔｅｄ，ｐｒｅｔｒｅａｔｅｄａｎｄｈｙｄｒｏｌｙｚｅｄＣＯｒｎ４．２．４．３酶水解后玉米秸ｘ射线衍射分析∽一善笔雪Ｉ笔ａ为未预处理玉米秸；ｂ为ＮａＯＨ浓度１０％、预处理１ｄ玉米秸；Ｃ为酶水解后玉米秸图４．１１未预处理、预处理以及酶水解后玉米秸ｘ射线衍射图Ｆｉｇ４－１１Ｘ－ｒａｙｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｏｆｕｎｔｒｅａｔｅｄ。ｐｒｅｔｒｅａｔｅｄａｎｄｈｙｄｒｏｌｙｚｅｄｃｏｉｎｓｔｒａｗ３９北京化工大学硕士学位论文取未预处理玉米秸和ＮａＯＨ浓度为１０％、预处理１ｄ玉米秸及其酶水解后玉米秸进行Ｘ射线衍射分析（ＸＲＤ），结果如图４．１０所示。从图中可以看出经过纤维素酶水解后的玉米秸Ｘ射线衍射峰数量和强度明显增加，说明酶水解过程对无定形区的破坏作用较大，对结晶区的水解作用较小，酶水解后玉米秸结晶区占总体的比例增大，从而导致了酶水解后玉米秸整体结晶度有所增加。４．３本章小结（１）随着预处理ＮａＯＨ浓度增加，酶水解后还原糖浓度、玉米秸纤维素和半纤维降解率、酶水解率均呈增加趋势；预处理时间酶水解效果影响不大。（２）ＮａＯＨ浓度为１０％、预处理１ｄ试验组酶水解效果最好，酶水解还原糖浓度为４６．７０９・Ｌ～，玉米秸纤维素和半纤维素的降解率分别达到５０．８７％和８０．５４％，酶水解率为５１．０７％。（３）酶水解后玉米秸微观结构显示玉米秸结构破坏程度较大，纤维束内部裸露出来，酶水解过程中纤维素链和半纤维素链的断裂生成了新的甲基和羟基，无定形区的大量水解使玉米秸整体结晶度有所增加。第五章预处理后玉米秸纤维素酶水解条件优化第五章预处理后玉米秸纤维素酶水解条件优化５．１试验设计５．１．１预处理后玉米秸酶水解条件优化单因子试验取ＮａＯＨ浓度为１０％、预处理ｌｄ后玉米秸进行酶水解试验，按照表５．１设计单因子试验，考察酶水解还原糖浓度随各影响因素的变化规律。表孓ｌ单因子试验因素水平表Ｔａｂｌｅ５－１Ｔａｂｌｅｏｆｓｉｎｇｌｅｆａｃｔｏｒｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｆａｃｔｏｒｓ５．１．２预处理后玉米秸酶水解条件优化正交试验取ＮａＯＨ浓度为１０％、预处理１ｄ后玉米秸进行酶水解试验，采用正交试验方法分别考察温度、ｐＨ和纤维素酶浓度对玉米秸酶水解还原糖浓度的影响。正交试验选取Ｌ９（３４）正交表，以酶水解反应４８ｈ时还原糖浓度为响应值，三个试验参数各水平设置分别为：温度为５０、４０、３０℃：ｐＨ为４、５、６；酶浓度为１５０、３００、４５０Ｕ・ｇ－１（ＴＳ），正交试验设计表如表５．２所示。表５－２正交试验因素水平表Ｔａｂｌｅ５．２Ｔａｂｌｅｏｆｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｆａｃｔｏｒｓ４１北京化工大学硕士学位论文５．２结果与讨论５．２．１单因子试验结果分析５．２．１．１酶水解还原糖浓度随时间变化规律取ＮａＯＨ浓度为１０％、预处理１ｄ后玉米秸在温度为５０℃、ｐＨ＝５和酶浓度为３００Ｕ・ｇ－１（ＴＳ）条件下进行酶水解试验，分别在不同时间取样，离心后测定上清液还原糖浓度。水解液还原糖浓度随时间的变化如图５．１所示，从图中可以看出随时间延长酶水解还原糖浓度不断增加，反应初期水解液还原糖浓度增加迅速，１２ｈ时还原糖浓度达到最大值的６５．６３％，当时间达到４８ｈ时还原糖浓度变化趋于平稳。在反应初期，纤维素酶主要水解纤维素的无定形区，水解速率快；随着酶水解时间的延长，一方面产物浓度不断增大产生反馈抑制，另一方面随着酶水解逐渐深入到结晶区，水解速率也逐渐减慢【９１】。卯二如∞如鼍钗莲霉量ｑｍ０Ｕ１２２４３６４８（灿７２８４９６反应时间／ｈ图孓ｌ酶水解还原糖浓度随时间的变化Ｆｉｇ５－１Ｒｅｄｕｃｉｎｇｓｕｇａｒｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｄｉｆｆｒｅｍｔｔｉｍｅ５．２．１．２温度对酶水解还原糖浓度的影响取ＮａＯＨ浓度为１０％、预处理１ｄ后玉米秸在不同温度下进行酶水解试验，在ｐＨ＝５、酶浓度为３００Ｕ・ｇ－１（ＴＳ）条件下水解４８ｈ，水解液离心后测定上清液的还原糖浓度。水解液还原糖浓度随温度变化如图５．２所示，从图中可以看出在较低温度时随着温度增加还原糖浓度不断增加，在温度为４０。Ｃ时水解液还原糖浓度达到最大；当温度继续增大到６０℃时还原糖浓度迅速降低，说明在高温下酶的活性迅速的降低，催化性能下降。第五章预处理后玉米秸纤维素酶水解条件优化６０５０∞如加ｍＯ２ＵｊＵ４０，Ｕ６Ｕ温度／＇ｃ图５－２酶水解还原糖浓度随温度的变化Ｆｉｇ５－２Ｒｅｄｕｃｉｎｇｓｕｇａｒｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｄｉｆｆｒｅｍｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ５．２．１．３ｐＨ对酶水解还原糖浓度的影响取ＮａＯＨ浓度为１０％、预处理１ｄ后玉米秸在不同ｐＨ下进行酶水解试验，在温度为５０。Ｃ、酶浓度为３００Ｕ・ｇ－１（ＴＳ）条件下水解４８ｈ，水解液离心后测定上清液还原糖浓度。水解液还原糖浓度随ｐＨ变化如图５—３所示，从图中可以看出随着ｐＨ的增加，酶水解还原糖浓度先增大后减小，在ｐＨ＝５时达到最大值；当ｐＨ较低和溶液为中性时还原糖浓度很低，说明强酸性和中性条件下酶活性受到抑制，酶催化反应不能顺利进行。如幻二＼型迸面如翼釜ｑ的∞ｏ３４５６７ｐＨ图粥酶水解还原糖浓度随ｐＨ的变化Ｆｉｇ５－３ＲｅｄｕｃｉｎｇｓｕｇａｒｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｄｉｆｆｒｅｍｔｐＨ北京化工大学硕士学位论文５．２．１．４酶浓度对酶水解还原糖浓度的影响取ＮａＯＨ浓度为１０％、预处理ｌｄ后玉米秸在不同酶浓度下进行酶水解试验，在温度为５０。Ｃ、ｐＨ＝５条件下水解４８ｈ，水解液离心后测定上清液的还原糖浓度。水解液还原糖浓度随酶浓度变化如图５．４所示，从图中可以看出随着酶浓度的增加还原糖浓度最初增加迅速，但当酶浓度达到３００Ｕ・ｇ。１（ＴＳ）以后增加趋势趋于平缓。有研究指出酶水解过程中纤维素酶吸附在纤维素上而起作用，当吸附逐渐饱和时，酶浓度的继续增加对酶水解过程影响不大【４７１。∞∞Ｌ＼捌※如∞弼加∞ｏＵ１ＵＵ２ＵＵ３ＵＵ４ＵＵ，ＵＵｂＵＵ翼囊裂酶浓室／ｕ・ｇ‘１（Ｔｓ）图Ｓ－４酶水解还原糖浓度随酶浓度的变化Ｆｉｇ５－４Ｒｅｄｕｃｉｎｇｓｕｇａｒｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｄｉｆｆｒｅｒｎｔｃｅｌｌｕｌａｓｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ通过以上单因子试验分析可以得出酶水解反应较适宜的条件为：温度为４０℃、ｐＨ＝５、酶浓度为３００Ｕ・ｇ－１（ＴＳ），在此条件下酶水解还原糖浓度为５１．００９・Ｌ一。由于单因子试验只能反映单一因素对试验指标的影响规律，并不能全面反应各因素之间的共同作用，因此设计正交试验对试验条件进行进一步优化。５．２．２正交试验结果分析５．２．２．１不同试验组的还原糖浓度比较从图中可以看出，３、６、８、９试验组还原糖浓度均在３０ｇ・Ｌ－１以下，其中６号试验组还原糖浓度最低，仅为１７．９８ｇ・Ｌ～；１号试验组还原糖浓度在３０９・Ｌ－１到４０９・Ｌｄ之间，其它各试验组还原糖浓度均在４０９・ＬＪ以上。从因素角度分析可以看出，还原糖浓度最高的两试验组温度均为４０℃，还原糖浓度最低的两试验组ｐＨ均为６，还原糖浓度在４０ｇ・Ｌ。１以上的４试验组中有２组酶浓度为３００Ｕ・ｇ。１（Ｔｓ），另外两组酶浓度为４５０Ｕ－９１（Ｔｓ）；从以上分析来看，４０。Ｃ下更有利于酶水解反应进行，而ｐＨ＝６条件下酶水解反应效果较差，酶浓度在３００Ｕ・ｇ～（ＴＳ）矛１１４５０Ｕ・ｇ。（Ｔｓ）时还原糖浓度均保持在较高水平。第五章预处理后玉米秸纤维素酶水解条件优化∞编号：温度、ｐＨ、酶浓度如ｌ：５０、４、１５０２：５０、５、３００∞如３：５０、６、４５０４：４０、４、３００５：４０、５、４５０６：４０、６、１５０如ｍ７：３０、４、４５０８：３０、５、１５０９：３０、６、３０００１２３４５６７８９试验编号图孓５不同试验组还原糖浓度比较Ｆｉｇ５－５Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｒｅｄｕｃｉｎｇｓｕｇａｒｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎａｍｏｎｇｄｉｆｆｅｒｅｎｔｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ５．２．２．２正交试验极差分析表５－３正交试验极差分析结果Ｔａｂｌｅ５－３Ｒａｎｇｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ塑呈１２３４５６７８９Ｋ１Ｋ２里鏖！里５０５０５０４０４０４０３０３０３０９１．３０１０３．４３里旦４５６４５６４５６１１４．０４１２２．１３堕鉴鏖！旦：曼：！！！旦１５０３００４５０３００４５０１５０４５０１５０３００６８．１１１１８．７３１０２．２１２２．７０３９．５８３４．０７１６．８７堑堕董堕鏖！曼：生１３２．６０４６．７０１２．０１４１．９４５０．７０１０．７８３９．５０２４．７３３０．０９Ｋ，９４．３２ｋ１ｋ２ｋ，５２．８８３８．０１４０．７１１７．６３２３．０９３０．４３３４．４８３１．４４极差４．０４主次顺序ｐＨ＞酶浓度＞温度最优组合４０℃ｐＨ＝５３００Ｕ‘ｇ。（ＴＳ）４５北京化工大学硕士学位论文为了进一步明确各因素对还原糖浓度的响应关系，对正交试验进行极差分析（表５．３），做出因素与指标效应曲线（图５．６）。从极差分析试验结果可以看出三因素对还原糖浓度影响的主次顺序为：ｐＨ＞酶浓度＞温度；三因素的最优水平分别为：温度４０。Ｃ、ｐＨ＝５、酶浓度３００Ｕ・ｇ－１（ＴＳ）；在此条件下进行验证试验，所得还原糖浓度为５１．ｏｏｇ・Ｌ～，为各组试验最大值。从正交试验因素与指标效应曲线可以进一步看出各因素对响应值的影响大小，图中各点代表各因素不同水平下的ｋ值。从图中可以看出，温度各水平对响应值的影响差异不大；ｐＨ为４和５两个水平时，ｋ值差别不大但当ｐＨ为６时，ｋ值迅速减小；酶浓度在３００和４５０Ｕ・ｇ－１（Ｔｓ）时ｋ值差别不大，但酶浓度为１５０Ｕ・ｇ。１（Ｔｓ）时ｋ值明显低于另外两个水平。一一＼ｂｏ型蛏絮隧图度图“正交试验因素与指标效应曲线Ｆｉｇ５－６Ｆａｃｔｏｒａｎｄｉｎｄｉｃａｔｏｒｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ５．２．２．３正交试验方差分析对正交试验进行方差分析结果如表５．４所示。表５＿４正交试验方差分析结果Ｔａｂｌｅ５－４Ｖａｒｉａｎｃｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ第五章预处理后玉米秸纤维素酶水解条件优化表中Ａ、Ｂ、Ｃ分别表示温度、ｐＨ和酶浓度，对各因素影响显著性水平进行Ｆ检验，结果显示因素Ａ和Ｃ对响应值的影响均不显著，因素Ｂ在ａ＝０．０５检验水平下对响应值有显著影响，在ａ＝０．０１水平下三因素影响均不显著。通过正交试验方差分析结果可以进一步看出ｐＨ在酶水解过程中是非常重要的影响因素，对于酶活性以及酶水解效果有显著地影响。５．３本章小结（１）不同温度、ｐＨ、酶浓度条件下酶水解还原糖浓度有明显差异，本试验条件范围内所得各因素最优水平为：温度４０＂Ｃ、ｐＨ＝５、酶浓度为３００Ｕ・ｇ１（ＴＳ）、反应时间４８ｈ，此条件下酶水解还原糖浓度为５１．００９・Ｌ～；（２）温度、ｐＨ和酶浓度对还原糖浓度影响的主次顺序为ｐＨ＞酶浓度＞温度；方差分析结果显示ｐＨ对酶水解还原糖浓度有显著影响，温度和酶浓度影响不显著。４７北京化工大学硕士学位论文４８第六章结论与建议第六章结论与建议６．１结论１、ＮａＯＨ浓度为１０％、预处理１ｄ玉米秸木质纤维素降解程度以及纤维素酶水解效果最佳，该预处理条件下玉米秸总木质纤维素、半纤维素含量相对于未添加ＮａＯＨ试验组分别降低了３２．１１％和４８．６４％，预处理后秸秆浸泡液ＣＯＤ浓度达到６２．５０ｇ・Ｌ～；纤维素酶水解还原糖浓度为４６．７０９・Ｌ－１，酶水解后玉米秸纤维素和半纤维素的降解率分别达到５０．８７％和８０．５４％，酶水解率为５１．０７％。２、ＮａＯＨ浓度１０％、预处理１ｄ玉米秸纤维素酶水解最优条件为：温度４０℃、ｐＨ＝５、酶浓度３００Ｕ・ｇ１（ＴＳ）、反应时间４８ｈ，此条件下还原糖浓度为５１．００９・Ｌ一；ｐＨ对酶水解还原糖浓度有显著影响，各因素影响主次顺序为：ｐＨ＞酶浓度＞温度３、ＮａＯＨ预处理主要破坏了半纤维素结构，将其降解成可溶性小分子，ＮａＯＨ预处理使玉米秸表面发生断裂，表征半纤维素乙酰基、糖醛酸和酯键以及羟基的特征峰消失，但纤维素的晶体结构没有改变；纤维素酶水解后玉米秸表面基本完全被破坏，纤维内部裸露出来，酶水解过程中纤维素链和半纤维素链的断裂生成了新的甲基和羟基，无定形区的大量水解使得纤维素整体结晶度有所增加。６．２建议１、ＮａＯＨ浓度为１０％是本试验中最高浓度，继续增大ＮａＯＨ浓度对玉米秸预处理效果有何影响仍需进一步补充试验。２、预处理后玉米秸浸泡液成分以及酶水解后还原糖可以采用液相色谱法进一步确定组成，明确玉米秸中纤维素和半纤维素在预处理和酶水解过程的转化。３、将酶水解混合液进行甲烷化试验，研究确定预处理．酶水解．甲烷化这一工艺的可行性和经济性，同时研究高浓度ＮａＯＨ预处理对后期甲烷化是否有抑制作用。４９北京化工大学硕士学位论文５０参考文献参考文献中华人民共和国国家统计局．中国统计年鉴【Ｍ】．北京：中国统计出版社，２０１１张荣成，李秀金．作物秸秆能源转化技术研究进展闭．现代化工，２００５（６）：１４．１７ｎ贮ｐＨｐ，，眄，王晓娟，王斌，冯浩，等．木质纤维素类生物质制备生物乙醇研究进展【Ｊ】．石油与天然气化工。２００７（６）：４５２－４６１唐爱民．超声波作用下纤维素纤维结构与性质的研究【Ｄ】．广州：华南理工大学，２０００孙然，冷云伟，赵兰，等．秸秆原料预处理方法研究进展【Ｊ】．江苏农业科学，２０１０（６）：４５３－４５５ＧａｒｄｎｅｒＫＢｌａｃｋｗｅｌｌＪ．ＴｈｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＮａｔｉｖｅＣｅｌｌｕｌｏｓｅ［Ｊ］．Ｂｉｏｐｏｌｙｍｅｒｓ，１９７４，１３（１０）：１９７５．２００１陈家楠．纤维素结构研究的进展【Ｊ】．纤维素科学与技术，１９９３（４）：１．１０ｐ哆，，ｐ，ｎ伽张景强，林鹿，孙勇，等．纤维素结构与解结晶的研究进展［Ｊ】．林产化学与工业，２００８（６）：１０９－１１４Ｏ’ｓｕｌｌｉｖａｎ１７３．２０７ＴａｌｍａｄｇｅＫＷｊＫｅｅｇｓｔｒａＡＣ．Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ：ｔｈｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅＳｌｏｗｌｙＵｎｒａｖｅｌｓ［Ｊ］．Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ，１９９７，４（３）：ＳｎｌｌｃｔｕｒｅｏｆＰｌａｎｔＣｅｌｌＫＢａｕｅｒＷＤ，ｅｔａ１．ＴｈｅＷａｌｌｓＩ．ｔｈｅａＭａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌａｒＣｏｍｐｏｎｅｎｔｓｏｆｔｈｅＷａｌｌｓｏｆＳｕｓｐｅｎｓｉｏｎ－ｃｕｌｔｕｒｅｄＳｙｃａｍｏｒｅＣｅｌｌｓｗｉｔｈＤｅｔａｉｌｅｄＡｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｎＵｎＰｅｃｔｉｃＰｏｌｙｓａｃｃｈａｒｉｄｅｓ［Ｊ］．ＰｌａｎｔＰｈｙｓｉｏｌｏｇｙ，１９７３，５１（１）：１５８－１７３姚穆，孙润军，陈美玉，等．植物纤维素、木质素、半纤维素等的开发和利用［Ｊ】．精细化工，２００９（１０）：９３７．９４１ＢａｕｅｒＷＤ，ＴａｌｍａｄｇｅＫＷｊＫｅｅｇｓｔｒａＫｅｔａ１．ＴｈｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＰｌａｎｔＣｅｌｌＷａｌｌｓＩＩ．ｔｈｅＨｅｍｉｃｅｌｌｕｌｏｓｅｏｆｔｈｅＷａｌｌｓｏｆＳｕｓｐｅｎｓｉｏｎ—ｃｕｌｔｕｒｅｄＳｙｃａｍｏｒｅＣｅｌｌｓ［Ｊ］．ＰｌａｎｔＰｈｙｓｉｏｌｏｇｙ，１９７３，５１（１）：１７４－１８７余紫苹，彭红，林妲，等．植物半纤维素结构研究进展【Ｊ】．高分子通报，２０１１（６）：５０－５６邱卫华，陈洪章．木质素的结构、功能及高值化利用【Ｊ】．纤维素科学与技术，２００６（１）：５２—５９ｎｎ纠钾ｎ钉ｎｎｑ砚ｎｎ踟绷口ｑ曹双瑜，胡文冉，范玲．木质素结构及分析方法的研究进展［Ｊ】．高分子通报，２０１２（３）：８．１３高洁，汤烈贵．纤维素科学【Ｍ】．北京：科学出版社，１９９６毕于运，高春雨，王亚静，等．中国秸秆资源数量估算阴．农业工程学报，２００９（１２）：２１１．２１７胡俊梅．农作物秸秆资源化利用分析【Ｊ】．广东农业科学，２０１０（４）：２０７．２１０沙文锋，李世江，朱娟．农作物秸秆开发利用技术研究进展【Ｊ】．金陵科技学院学报，２００５（４）：７３—７６ＦｏｉｌＦ’ＣａｐａｒｒａＰ，ＧｉｕｆｆｒｉｄａＧｅｔａ１．ＯｌｉｖｅＣａｋｅ，ＣｉｔｒｕｓＰｕｌｐＩｎｇｒｅｄｉｅｎｔｉｎＬａｍｂＤｉｅｔｓ：２．Ｅｆｆｅｃｔｓ２０１ｏｎａｎｄＷｈｅａｔＳｔｒａｗＳｉｌａｇｅａｓａｌｌＭｅａｔＱｕａｌｉｔｙ［Ｊ］．ＩｔａｌｉａｎＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｎｉｍａｌＳｃｉｅｎｃｅ，Ｑｕａｌｉｔｙａｎｄ１，２（１）：４９１－４９３ｏｆＤｉｆｆｅｒｅｍＡｄｄｉｔｉｖｅｓｏｎ皿ＵＱｉｎａｎ彤ＹｏｎｇｇｅｎＺ，Ｌｉａｎｇ彤ＥｆｆｅｃｔｓＮｕｔｒｉｔｉｏｎＶａｌｕｅＦｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎＱｕａｌｉｔｙｏｆＲｉｃｅＳｔｒａｗＳｉｌａｇｅ［Ｊ］．ＦｅｅｄＩｎｄｕｓｔｒｙ，２０１１（５）：１６钟华平，岳燕珍，樊江文．中国作物秸秆资源及其利用【Ｊ】．资源科学，２００３（４）：６２—６７口口纠韩敏．浅议我国生物质秸秆直燃发电的现状及发展趋势［Ａ】．见：中国电机工程学会清洁高效燃煤发电技术协作网２０１０年会论文集［Ｃ】．宁波：中国电机工程学会，２０１０：５１北京化工大学硕士学位论文８５６—８６２李廉明，余春江，柏继松．中国秸秆直燃发电技术现状［Ｊ］．化工进展，２０ＬＯ（Ｏ）：８４．９０幽嘲卅习ＣａｒｐｅｎｔｅｒＤＬ，ＢａｉｎＲＬ，Ｄ删ｓＲＥ，ｅｔａ１．Ｐｉｌｏｔ－ｓｃａｌｅＧａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆＣｏｒｎＳｔｏｖｅｒ，ＳｔｕｄｙａｎｄＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｗｉｔｌｌＳｗｉｔｃｈｇｒａｓｓ．ＷｈｅａｔＳｔｒａｗ，ａｎｄＷｏｏｄ：１．ＰａｒａｍｅｔｒｉｃＣｈｅｍｉｓｔｒｙＬｉｔｅｒａｔｕｒｅ［Ｊ］．Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ＆ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈ，２０１０，４９（４）：１８５９—１８７１曲音波．纤维素乙醇产业化【Ｊ】．化学进展，２００７，１９（７）：１０９８．１１０８任南琪，王爱杰．厌氧生物技术原理与应用ＩＭ］．北京：化学工业出版社，２００４武秀琴．纤维素酶及其应用【Ｊ】．微生物学杂质，２００９，２９（２）：８９．９２ＨｉｍｍｅｌＭＥ．生物质抗降解屏障［Ｍ】．北京：化学工业出版社，２０１０．２５５－２５８∞幽网刚跚研刀剐钟伽洲Ｕ魏亚琴，李红玉．纤维素酶高产菌选育研究进展及未来趋势【Ｊ】．兰州大学学报（自然科学版、，２００８（０）：１１０．１１８方诩，秦玉琪，李雪芝，等．纤维素酶与木质纤维素生物降解转化的研究进展【Ｊ】．生物工程学报，２０１０（７）：８６４．８６９吕家华．纤维素酶对纤维素纤维的作用【Ｄ］．南京：东华大学，２００３武秀琴．纤维素酶及其应用［Ｊ】．微生物学杂质，２００９，２９（２）：８９－９２阎㈣刚纠封卅∞习阳研吲㈣刀翻例印㈣叫ＰｅｒｃｉｖａｌＺｈａｎｇＹＨｉｍｍｅｌＭＥ，ＭｉｅｌｅｎｚＪＲ．ＯｕｔｌｏｏｋｆｏｒＣｅｌｌｕｌａｓｅＩｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ：１ＳｃｒｅｅｎｉｎｇａｎｄＳｅｌｅｃｔｉｏｎＳｔｒａｔｅｇｉｅｓ［Ｊ］．ＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙＡｄｖａｎｃｅｓ，２００６，２４（５）：４５２－４８ＤｉｆｆｅｒｅｎｔＨｏｓｈｉｎｏＥ，ＳｈｉｒｏｉｓｈｉＭ，ＡｍａｎｏＹｅｔａ１．ＳｙｎｅｒｇｉｓｔｉｃＡｃｔｉｏｎｓｏｆＥｘｏ—ｔｙｐｅＣｅｌｌｕｌａｓｅｓｉｎｔｈｅＨｙｄｒｏｌｙｓｉｓｏｆＣｅｌｌｕｌｏｓｅｗｉｔｈＣｒｙｓｔａｌｌｉｎｉｔｉｅｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＦｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎａｎｄＢｉｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，１９９７，８４（４）：３００・３０６ＢａｎｓａｌＰ，ＨａｌｌＭ，ＲｅａｌｆｆＭＪ，ｅｔａ１．ＭｏｄｅｌｉｎｇＣｅｌｌｕｌａｓｅＫｉｎｅｔｉｃｓｏｎＬｉｇｎｏｃｅｌｈｌｏｓｉｃＳｕｂｓｔｒａｔｅｓ［Ｊ］．ＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙＡｄｖａｎｃｅｓ，２００９，２７（６）：８３３－８４８阎伯旭，高培基．纤维素酶分子结构与功能研究进展［Ｊ】．生命科学，１９９５（５）：２２—２５黄燕华，冯定远．纤维素酶的酶学特性【Ａ】．见：第五届饲料安全与生物技术委员会人会暨第二届全国酶制剂在饲料工业中应用学术与技术研讨会［Ｃ】．湖南：中国畜牧兽医学会．２００５：２８４．２９０杨永彬，黄谚谚，林跃鑫．纤维素酶的结构及分子多样性［Ｊ】．生命的化学，２００４（３）：２１１－２１３王翱．微生物纤维素酶及其降解纤维素机理的研究进展［Ｊ】．陕西农业科学，２０１０（３）：８６—８８侯爱华，吴斌辉．细菌纤维小体的结构和功能【Ｊ】．纤维素科学与技术，２００２（１）：５０．５６池雅琴，黄奎．纤维素酶活力测定方法研究进展［Ｊ】．现代农业科技，２０１０（２４）：３２－３４㈨蚴嘲Ｕ纠Ｍｑ㈣习闱叼㈣刀㈣踟赵玉萍，杨娟．四种纤维素酶酶活测定方法的比较［Ｊ］．食品研究与开发，２００６，２７（３）：１１６．１１８高培基，曲音波，王祖农．纤维素酶制剂中葡聚糖纤锥二糖水解酶活力的测定【Ｊ】．山东大学学报（自然科学版），１９９０（２）：ｌ２００７（２）：１０７－１１４杨颖，田从学．纤维素酶水解速度影响冈素的试验研究［Ｊ】．攀枝花学院学报，２００２（４）：７９—８ｌ１８．１２５李华，高丽．ｐ．葡萄糖苷酶活性测定方法的研究进展【Ｊ】．食品与生物技术学报，黄爱玲，周美华．玉米秸秆酶水解影响因素的研究【Ｊ】．中国资源综合利用，２００４（８）：２５．２７ＬｕＪ，ａａｎｅｒｊｅｅＳ．Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅｆｉｂｅｒ［Ｊ］．ＢｉｏｍａｓｓａｎｄＢｉｏｅｎｅｒｇｙ，２０１０（３４）：１９７３—１９７７Ｊ，Ｒｅｙｅｏｆｃｅｌｌｕｌａｓｅｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓｏｆｐａｐｅｒ参考文献【４９】［５０】【５ｌ】［５２】黄翊．纤维素酶水解机理及影响因素［Ｊ】．山东化工，２００７（５）：３５—３７＋５０商显芹，郝龙云，房宽峻，等．纤维素酶水解能力的影响因素研究【Ｊ】．针织工业，２００８（４）：５８－６１ＫａｕｒＰＰ，ＡｍｅｊａＪ，ＳｉｎｇｈＪ．ＥｎｚｙｍｉｃｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓｏｆｒｉｃｅｓｔｒａｗｂｙｃｒｕｄｅｃｅｌｌｕｌａｓｅｆｒｏｍＴｆｉｃｈｏｄｅｒｍａｒｅｅｓｅｉ［Ｊ］．ＢｉｏｒｅｓｏｕｒｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９９８，６６（３）：２６７—２６９Ｓｔｒａｗ［Ｊ］．ＮａｒｒａＭ，ＤｉｘｉｔＧＤｉｖｅｃｈａＪ，ｅｔａ１．ＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆＣｅｌｌｕｌａｓｅｓＢｙＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＦｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎｗｉｔｈＡｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓＴｅｒｒｅｕｓａｎｄＥｎｚｙｍａｔｉｃＨｙｄｒｏｌｙｓｉｓｏｆＭｉｌｄＡｌｋａｌｉ－ｔｒｅａｔｅｄＲｉｃｅＢｉｏｒｅｓｏｕｒｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１２，１２１（１）：３５５—３６１Ｔ，ｅｔａ１．ＢａｍｂｏｏＳａｃｃｈａｒｉｆｉｃａｔｉｏｎＴｈｒｏｕｇｈＣｅｌｌｕｌｏｓｅＨｙｄｒｏｌｙｓｉｓａｔＵｌｔｒａ—ｌｏｗ【５３】ＳａｔｈｉｔｓｕｋｓａｎｏｈＮ，ＺｈｕＺ，ＨｏＳｏｌｖｅｎｔ－ｂａｓｅｄＢｉｏｍａｓｓＰｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔＦｏｌｌｏｗｅｄＢｙＥｎｚｙｍａｔｉｃＣｅｌｌｕｌａｓｅＬｏａｄｉｎｇｓ［Ｊ］．ＢｉｏｒｅｓｏｕｒｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１０，１０１（１３）：４９２６－４９２９【５４］［５５】【５６】【５７】何殉，缪冶炼，陈介余，等．纤维素酶用量和底物浓度对玉米秸秆酶解的影响【Ｊ】．食品科技，２０１０（２）：４７．５１林燕，张伟，华鑫恰，等．纤维素酶水解能力的影响因素及纤维素结构变化研究【Ｊ】。食品与发酵工业，２０１２，３８（４）：３９－４３王娜娜，杨翔华，张全，等．纤维素酶水解玉米秸秆的影响因素研究【Ｊ】．化学与生物工程，２０１１，２８（６）：８０．８２ＣａｒａＣ，ＭｏｙａＭ，ＢａｌｌｅｓｔｅｒｏｓＩ，ｅｔａ１．ＩｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆＳｏｌｉｄＬｏａｄｉｎｇｏｆＳｔｅａｍＥｘｐｌｏｄｅｄＯｒＬｉｑｕｉｄＨｏｔｏｎＥｎｚｙｍａｔｉｃＨｙｄｒｏｌｙｓｉｓＷａｔｅｒＰｒｅｔｒｅａｔｅｄＯｌｉｖｅＴｒｅｅＢｉｏｍａｓｓ［Ｊ］．ＰｒｏｃｅｓｓＢｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，２００７，４２（６）：１００３－１００９【５８】【５９】［６０］孙万里，陶文沂．木质素与半纤维素对稻草秸秆酶解的影响【Ｊ】．食品与生物技术学报，２０１０，２９（１）：１８．２２ｇｈａｎｇＪ，ＴａｎｇＭ，ＶｉｌｋａｒｉＬ．ＸｙｌａｎｓＩｎｈｉｂｉｔＥｎｚｙｍａｔｉｃＨｙｄｒｏｌｙｓｉｓｏｆＬｉｇｎｏｃｅｌｌｕｌｏｓｉｃＭａｔｅｒｉａｌｓＢｙＣｅｌｌｕｌａｓｅｓ［Ｊ］．ＢｉｏｒｅｓｏｕｒｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１２．１２１（１）：８—１２ＭｏｏｎｅｙＣＡ，ＭａｎｓｆｉｅｌｄＳＤ，ＢｅａｔｓｏｎＲ只ｅｔａ１．ＴｈｅＥｆｆｅｃｔｏｆＦｉｂｅｒＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓＨｙｄｒｏｌｙｓｉｓａｎｄＣｅｌｌｕｌａｓｅＡｃｃｅｓｓｉｂｉｌｉｔｙｔｏｏｎＳｏｆｔｗｏｏｄＳｕｂｓｔｒａｔｅｓ［Ｊ］．ＥｎｚｙｍｅａｎｄＭｉｃｒｏｂｉａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９９９，２５（８）：６４４－６５０［６１】ＯｇｅｄａＴＬ，ＳｉｌｖａＩＢ，ＦｉｄａｌｅＬＣ，ｅｔａ１．ＥｆｆｅｃｔｏｆＣｅｌｌｕｌｏｓｅＰｈｙｓｉｃａｌＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ＥｓｐｅｃｉａｌｌｙｔｈｅＷａｔｅｒＳｏｒｐｔｉｏｎＶａｌｕｅ，ＯｎｔｈｅＥｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆＩｔｓＨｙｄｒｏｌｙｓｉｓｏｆＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１２，１ｏｎＣａｔａｌｙｚｅｄＢｙＦｒｅｅＯｒＩｍｍｏｂｉｌｉｚｅｄＣｅｌｌｕｌａｓｅ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ［６２】【６３】【６４】【６５】【６６】ＣｈｅｎＨ，ＪｉｎＳ．ＥｆｆｅｃｔｏｆＣｒｙｓｔａｌｌｉｎｅＥｔｈａｎｏｌａｎｄＹｅａｓｔＣｅｌｌｕｌａｓｅ５７（１）：２４６－２５２ＡｃｔｉｖｉｔｙａｎｄＨｙｄｒｏｌｙｓｉｓｏｆＣｅｌｌｕｌｏｓｅ［Ｊ］．ＥｎｚｙｍｅａｎｄＭｉｃｒｏｂｉａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００６，３９（７）：１４３０－１４３２ＷａｎｇＨ，ＦａｎＢ，ＬｉＣ，ｅｔａ１．ＥｆｆｅｃｔｓｏｆＲｈａｍｎｏｌｉｐｉｄｏｎｔｈｅＣｅｌｌｕｌａｓｅａｎｄＸｙｌａｎａｓｅＨｙｄｒｏｌｙｓｉｓｏｆＷｈｅａｔＳｔｒａｗ［Ｊ］．ＢｉｏｒｅｓｏｕｒｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１ｌ，１０２（１１）：６５１５—６５２１１１２２．１１２８ｉｎ孙君社，苏东海，刘莉．秸秆生产乙醇预处理关键技术【Ｊ】．化学进展，２００７（０）：张木明，徐振林，张兴秀，等．预处理对稻草秸秆纤维素酶解产糖及纤维素木质素含量的影响［Ｊ】．农产品加工（学刊），２００６，４（３）：４－６ＺｈｏｕＪ，ＷａｎｇＹＣｈｕＪ，ｅｔａ１．ＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆＣｅｌｌｕｌａｓｅＭｉｘｔｕｒｅｆｏｒＳｔｏｖｅｒＢｙＳｔａｔｉｓｔｉｃａｌｌｙＤｅｓｉｇｎｅｄＥｆｆｉｃｉｅｎｔＨｙｄｒｏｌｙｓｉｓｏｆＳｔｅａｍ－ｅｘｐｌｏｄｅｄＣｏｒｎＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ［Ｊ］．ＢｉｏｒｅｓｏｕｒｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００９，１００（２）：８１９—８２５【６７】ＩｍａｉＭ，ＩｋａｒｉＫ，ＳｕｚｕｋｉＩ．Ｈｉｇｈ－ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＨｙｄｒｏｌｙｓｉｓｏｆＣｅｌｌｕｌｏｓｅＵｓｉｎｇＭｉｘｅｄＣｅｌｌｕｌａｓｅＳｐｅｃｉｅｓａｎｄＵｌｔｒａｓｏｎｉｃａｔｉｏｎ２００４，１Ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ［Ｊ］．ＢｉｏｃｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＪｏｕｒｎａｌ，７（２）：７９－８３５３北京化工大学硕士学位论文嘲吲㈣叨例伽网Ｕ网㈣习㈣卅网习阳印网刀网踟例绷删伽㈣Ｕ蚴嗍习剐钾嘲阳习印Ｍ刀嘲研嗍哪杨春平，沈志强，喻国策，等．Ｙ射线辐照预处理对麦秸纤维素酶水解产糖的影响【Ｊ】．原子能科学技术，２００９，４３（１）：３６－４０岳建芝，徐桂转，李刚，等．微波辐射预处理高粱秸秆对酶水解的影响［Ｊ】．河南农业大学学报，２０１０（５）：５４９．５５２程军，俞聪，宋文路，等．微光波对水葫芦水解糖化的促进机理研究［Ｊ】．浙江大学学报（工学版），２００９，４３（７）：１３３７—１３４３陈尚锈，勇强，徐勇，等．玉米秸秆稀酸预处理的研究［Ｊ】．林产化学与工业，２００９，２９（２）：２７－３２刘伟，庞浩，计红果，等．不同预处理方法对玉米秸秆吐温．８０／酶水解的影响明．化工进展．２００９（１０）：１８６８．１８７１ＣａｒｒｉＵｏＦ，ＬｉｓＭ，ＣｏｌｏｍＸ，ｅｔａ１．ＥｆｆｅｃｔｏｆＡｌｋａｌｉＰｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｎＣｅｌｌｕｌａｓｅＨｙｄｒｏｌｙｓｉｓｏｆＷｈｅａｔＳｔｒａｗ：ＫｉｎｅｔｉｃＳｔｕｄｙ［Ｊ］．ＰｒｏｃｅｓｓＢｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，２００５，４０（１０）：３３６０－３３６４徐忠，汪群慧，姜兆华．氨预处理对大豆秸秆纤维素酶解产糖影响的研究［Ｊ】．高校化学工程学报，２００４，ｌ８（６）：７７３．７７６ＪｅｙａＭ，ＺｈａｎｇＹＫｉｍＩ，ｅｔａ１．ＥｎｈａｎｃｅｄＳａｃｃｈａｒｉｆｉｃａｆｉｏｎｏｆＡｌｋａｌｉ－ｔｒｅａｔｅｄＲｉｃｅＳｔｒａｗＢｙＣｅｌｌｕｌａｓｅＦｒｏｍＴｒａｍｅｔｅｓＨｉｒｓｕｔａａｎｄＳｔａｔｉｓｔｉｃａｌＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆＨｙｄｒｏｌｙｓｉｓＣｏｎｄｉｔｉｏｎｓＢｙＲｓｍ［Ｊ］．ＢｉｏｒｅｓｏｕｒｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００９，１００（２１）：５１５５—５１６１刘云云，王高升，普春刚，等．亚硫酸氢盐预处理对玉米秸秆酶水解的影响［Ｊ】．林产化学与工业，２０１０，３０（４）：７３．７７杨甲一，王高升，许杰．亚硫酸盐预处理对麦草组分分离和糖化的影响［Ｊ】．中华纸业，２０１０（１４）：１５－２０ＬｅｅＳＨ，ＤｏｈｅｒｔｙＴＶＬｉｎｈａｒｄｔＲＪ，ｅｔａ１．ＩｏｎｉｃＬｉｇｎｉｎＦｒｏｍＷｏｏｄａｎｄＬｅａｄｉｎｇｔｏＬｉｑｕｉｄ＋ｍｅｄｉａｔｅｄＳｅｌｅｃｔｉｖｅＥｘｔｒａｃｔｉｏｎｏｆＥｎｈａｎｃｅｄＥｎｚｙｍａｔｉｃＣｅｌｌｕｌｏｓｅＨｙｄｒｏｌｙｓｉｓ［Ｊ］。ＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｉｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００９，１０２（５）：１３６８－１３７６李鑫，欧阳嘉，陈牧，等．非离子型表面活性剂辅助酶水解玉米秸杆蒸爆渣［Ｊ】．离子交换与吸附，２００９，２５（５）：３９５－４０１王伟，李杏春，崔宝凯．白腐菌协同热水预处理对毛白杨化学组分和酶水解效果的影响［Ｊ】．微生物学通报，２０１２（１０）：１５２４．１５３１余洪波，张晓昱．杂色云芝生物预处理对硬木和软木酶水解的影响【Ｊ】．生物工程学报．２００９（７）：９９３．９９８罗鹏，刘忠，王高升．酸催化的蒸汽爆破预处理强度对麦草酶水解影响的研究【Ｊ】．林产化学与工业，２００６（４）：１０５－１０９ＺｈｕＳ，ＷｕＹＹｕＺ，ｅｔａ１．ＰｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔＢｙＭｉｃｒｏｗａｖｅ／ａｌｋａｌｉｏｆＲｉｃｅＳｔｒａｗａｎｄＩｔｓＥｎｚｙｍｉｃＬｉｕＨｙｄｒｏｌｙｓｉｓ［Ｊ］．ＰｒｏｃｅｓｓＢｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，２００５，４０（９）：３０８２－３０８６Ｌ，ＣｈｅｎＨ．ＥｎｚｙｍａｔｉｃＨｙｄｒｏｌｙｓｉｓｏｆＣｅｌｌｕｌｏｓｅＭａｔｅｒｉａｌｓＴｒｅａｔｅｄＳｃｉｅｎｃｅＢｕｌｌｅｔｉｎ，２００６，５ｗｉｔｈＩｏｎｉｃＬｉｑｕｉｄ［ｂｍｉｍ】ＣＩ［Ｊ］．Ｃｈｉｎｅｓｅ１（２０）：２４３２－２４３６刘宪华，鲁逸人．环境生物化学试验教程［Ｍ】．北京：科学出版社，２００６．１８１．２２２董如何，肖必华，方永水．正交试验设计的理论分析方法及应用［Ｊ】．安徽建筑工业学院学报（自然科学版），２００４（６）：１０３．１０６杜先林，李辉，王义强，等．里氏小霉Ｒｕ卜一３０产纤维素酶发酵条件的优化［Ｊ］．中南林业科技大学学报：自然科学版，２０１０，３０（９）：１１２．１１９王恩文．嗜酸氧化亚铁硫杆菌的诱变育种及磷矿强化浸出研究【Ｄ］．武汉：武汉理工大学。２００７刘瑞江，张业旺，闻崇炜，等．正交试验设计和分析方法研究【Ｊ】．试验技术与管理，参考文献２０１０（９）：５２—５５【９０】［９１】吴景贵，席时权，曾广赋，等．玉米秸秆腐解过程的红外光谱研究［Ｊ】．土壤学报，１９９９（０１）：９１—１００夏安．纤维素酶水解动力学及影响因素研究［Ｄ】．成都：Ｉ四／ｌｌ大学，２００２５５北京化工大学硕士学位论文致谢致谢三年的研究生生涯即将结束，在这里我要感谢帮助过我的老师和师兄师姐师弟师妹。首先要感谢我的导师刘研萍副教授，感谢她为我提供了良好的研究环境和研究方向，同时也感谢、邹老师、袁老师、朱老师给予我的无私帮助和指导，在所有老师们的指导和关怀下我完成了我的学位论文，老师们所教授于我的做人做事的道理我也将谨记心中。在平时实验过程中，实验室的师兄师姐给了我很大的帮助，特别感谢刘春梅师姐在我不知所措的时候总会帮我找到方向，使我不断进步。感谢实验室的其他同学对我的包容和帮助，使我的研究生生活充满乐趣。最后，还要感谢一直以来对我无限包容和支持的家人和朋友，使我能够顺利完成硕士阶段的学习。北京化工大学硕士学位论文５８研究成果及发表的学术论文研究成果及发表的学术论文１．刘研萍，张佳，邹德勋，李秀金．磷钨杂多酸预处理对玉米秸秆厌氧消化的影响【Ｊ】．同济大学学报（自然科学版），２０１２，４０（Ｓ２）：１．４．北京化工大学硕士学位论文６０作者和导师简介作者和导师简介刘研萍（１９７２．），女，党员，黑龙江人，博士，副教授分别于２００１年和２００５年在哈尔滨］：业大学获硕士和博士学位，主要研究方向为固体废物处理与资源化，主要负责了国家“十一五”科技支撑“秸秆原料规模化沼气发酵装备及生态循环利用模式综合示范”项目，参与“十一五”科技支撑“规模化沼气发酵系统系列关键设备产业化与工程”项目以及“城市生物质垃圾厌氧消化关键技术研究”和“秸秆高效生物转化与催化合成制取‘生物合成气’技术研究”等国家“８６３”项目。张佳（１９８７．），女，共青团员，河北人，硕士研究生２０１０－－－今：北京化：工大学环境科学与工程系，环境科学与工程专业，工学硕士２００６～２０１０：北京化工大学环境科学与工程系，环境工程专业，工学学士６１北京化工大学硕士学位论文６２北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书研究生姓名：张佳专业：环境科学与工程论文题目：玉米秸秆ＮａＯＨ预处理下纤维素酶水解工艺研究指导教师姓名：刘研萍职称：副教授论文答辩日期：２０１３．５．２５地点：综合楼６０７论文答辩委员会成员姓名李秀金冯流王京刚徐仲均林爱军职称教授教授副教授副教授副教授工作单位北京化工大学北京化工大学北京化工大学北京化工大学北京化工大学．艄一。＼（／．讹礁湘本人签名ｙ，二铬钟蛔、注：此表用于存档，除本人签名务必用钢笔填写外，其余处必须用计算机打印。答辩委员会对论文的评语（选题意义、文献综述、论文所取得的成果及水平、学风和论文写作水平、论文的不足之处）：玉米秸秆年产量占我们年秸秆总量的３３％左右，玉米秸秆的综合利用既可防止其环境污染，又可获得资源或能源，其中厌氧消化技术可获得清洁能源，受到越来越多的重视。秸秆厌氧消化中，由于秸秆的复杂晶格结构，必须进行适当的预处理：另一方面水解过程是限速因素，决定着转化效率和反应周期。论文在课题组大量预处理研究的基础上，重点研究碱处理下的纤维素水解性能，以期获得更高的转化效率，具有重要的实际应用价值。论文首先研究与酶水解匹配的碱预处理工艺参数，然后采用正交试验进行了碱预处理后的酶水解的工艺参数优化，并采用红外光谱、ＸＲＤ、扫描电镜等分析技术进行了预处理、酶水解的作用机理。论文技术路线合理、分析手段多样，数据翔实可靠、数据分析逻辑性强，结论可靠。论文书写规范，格式符合规定要求。论文答辩过程中表述清楚，回答问题准确，表现优秀，达到了硕士研究生学位要求，同意授予硕士学位。对学位论文水平的总体评价优秀良好＿一般较差…黜一：伽菇２０１３年５月２５日’NaOH预处理后的玉米秸纤维素酶水解效果试验研究
作者：
学位授予单位：
张佳
北京化工大学
引用本文格式：张佳 NaOH预处理后的玉米秸纤维素酶水解效果试验研究[学位论文]硕士 2013
