高效协同酶解中性汽爆玉米秸秆的工艺优化

合集下载

CFS_预处理对不同秸秆原料酶解和理化结构的影响

山西农业科学 2023，51（12）：1426-1434Journal of Shanxi Agricultural SciencesCFS 预处理对不同秸秆原料酶解和理化结构的影响田鑫，王雨萌，徐师苗，汪强杰，胡轲，张海波，程红艳（山西农业大学资源环境学院，山西太谷 030801）摘要：高铁酸钾复合液（CFS ）是制备高铁酸钾的剩余滤液，其含有大量碱（OH -）和氧化剂（ClO -和Fe 6+），具有破坏木质纤维素顽固结构、提升酶解效率的潜力。

为实现秸秆的资源化利用与高铁酸钾制备废液的再利用，以山西储量丰富的玉米秸秆（CS ）、高粱秸秆（SS ）和谷子秸秆（MS ）为原料，采用CFS 进行预处理，对比3种秸秆的酶解糖化率，分析秸秆的理化结构变化。

结果表明，CFS 预处理中碱和氧化剂共同参与了3种秸秆的降解，促进了酶解糖化率；在最佳预处理时间24 h 下，CS 、SS 和MS 的还原糖产量分别较对照提高252.77%、236.39%、216.66%，其中CS 的酶解效率最高；组分分析表明，CFS 处理能有效去除3种秸秆中木质素成分，增加纤维素相对含量，进而有利于纤维素酶的可及性；结构分析显示，CFS 处理后，3种秸秆的理化结构发生了不同程度变化，粗糙度增加，官能团发生断裂，纤维结晶度升高，热稳定性变差。

在3种秸秆中，CS 结构变化最明显，更有利于被生物转化。

综上，CFS 预处理可改变作物秸秆的理化结构，破坏其致密结构，促进后续酶解效率，是一种理想的预处理技术。

关键词：高铁酸钾复合液（CFS ）；预处理；作物秸秆；还原糖产量；理化结构中图分类号：S141.4 文献标识码：A 文章编号：1002‒2481（2023）12‒1426‒09Effects of CFS Pretreatment on Enzymatic Hydrolysis and PhysicochemicalStructure of Different Straw MaterialsTIAN Xin ，WANG Yumeng ，XU Shimiao ，WANG Qiangjie ，HU Ke ，ZHANG Haibo ，CHENG Hongyan（College of Resources and Environment ，Shanxi Agricultural University ，Taigu 030801，China ）Abstract ： Composite ferrate solution(CFS) is the residual filtrate for preparing potassium ferrate. It contains a lot of alkali (OH -) and oxidant(ClO - and Fe 6+), which has the potential to destroy the recalcitrant structure of lignocellulose and improve the efficiency of enzymatic hydrolysis. In order to realize the utilization of straw resources and reuse of preparation waste liquid of potassium ferrate, in this paper, corn straw(CS), sorghum straw(SS), and millet straw(MS), which are abundant in Shanxi province, were pretreated with CFS, the enzymolysis and saccharification rates of the three kinds of straw were compared, and the change of physicochemical structure of the straw was analyzed. The results showed that the alkali and oxidant in the pretreatment of CFS were involved in the degradation of three kinds of straw, which promoted the enzymatic hydrolysis rate and saccharification rate. Under the optimal pretreatment time of 24 h, the reducing sugar yield of CS, SS, and MS was increased by 252.77%, 236.39%, and 216.66% compared with that of the control, respectively, and the enzymatic hydrolysis efficiency of CS was the highest. Component analysis showed that CFS treatment could effectively remove lignin in three kinds of straw and increase the relative content of cellulose, which was beneficial to the accessibility of cellulase. Structural analysis showed that after CFS treatment, the physicochemical structure of the three kinds of straw changed in different degrees, roughness increased, functional group fractured, fiber crystallinity increased, and thermal stability decreased. Among the three kinds of straw, CS had the most obvious structural change and was more conducive to biotransformation. In conclusion, CFS pretreatment could change the physicochemical structure of crop straws, destroy the dense structure and promote the efficiency of subsequent enzymatic hydrolysis, so it was an ideal pretreatment technology.Key words ：composite ferrate solution(CFS); pretreatment; crop straw; reducing sugar yield; physicochemical structuredoidoi:10.3969/j.issn.1002-2481.2023.12.11收稿日期：2023-01-04基金项目：山西省高等学校科技创新项目（2020L0137）；山西农业大学科技创新基金项目（2018YJ39）；山西省优秀博士来晋工作奖励基金（SXYBKY201803）；国家自然科学基金（52100149）；山西省水利科学技术研究与推广项目（2022GM034）作者简介：田　鑫（1997-），女，山西汾阳人，在读硕士，研究方向：农业环境保护与废弃物资源化利用。

农作物秸秆“五化”综合利用技术

农作物秸秆“五化”综合利用技术农作物秸秆是一类具有丰富氮、磷、钾及有机质养分的可再生生物质资源,是农业生产的主要副产品。

随着农业经济快速发展，农民生活条件和农村燃料结构改变，作物秸秆逐渐变为农产品废弃物，秸秆焚烧成为春秋两季农忙时节的标志性现象，同时因其所引发的强雾霾天气等环境问题已成为亟需解决的社会性问题.自1999 年国家环保总局与农业部等部委联合发布《秸秆焚烧和综合利用管理办法》、2008年国务院发布《关于加快推进农作物秸秆综合利用的意见》、2011 年国家发改委、农业部和财政部联合发布《“十二五”农作物秸秆综合利用实施方案》，2016 年国家秸秆产业技术创新战略联盟发行《中国秸秆产业蓝皮书》、至2017年农业部、国家发展改革委、财政部联合发《关于加快发展农业生产性服务业的指导意见》等一系列政策及著作相继对作物秸秆禁烧和综合利用进行界定，阐述总体目标、重点任务和技术措施，并将秸秆“五化”综合利用技术分解为20 余项小类技术，这对稳定农业生态平衡、促进农民增产增收、缓解能源、环境压力具有重要作用。

目前，中国各科研院校针对秸秆“五化”综合利用技术不断地进行研究,取得了丰硕成果。

作物秸秆肥料化利用技术01寒地玉米秸秆还田东北农业大学以玉米秸秆为原料，根据东北寒地垄作特点，将秸秆粉碎的细一些，春季秸秆绝大部分留在垄沟中,对垄顶(作物播种带)的土壤温度影响较小的原理，构建玉米秸秆还田技术模式。

工艺流程如下：玉米秋季机械收获、秸秆粉碎抛撒→沿原垄深松、灭茬→沿深松灭茬带播种玉米或大豆→播后化学封闭除草→苗期垄沟深松→苗期化学除草→中耕追肥→秋季机械收获、并粉碎秸秆. 以玉米秸秆还田现场为例，如下图所示:玉米秸秆还田现场图02秸秆菌糠生物有机肥南京农业大学以稻草、麦秸、玉米秸、大豆秸、甘蔗渣等农业废弃物作为原料,利用工厂化秸秆栽培食用菌的菌糠，经过粉碎、补料、发酵等流程，二次利用秸秆原料,增加了经济效益，减少了秸秆对环境的污染，延长了秸秆循环的链条，促进了秸秆物质的进一步循环利用。

碱性过氧化氢预处理后汽爆玉米秸秆半同步糖化发酵生产乙醇

摘要为了实现纤维素乙醇生产的“ 三高” （高浓度、高转化率和高发酵效率）指标，以复合预处理处理后的玉
米秸秆为基质，探究其半同步糖化发酵工艺过程。通过对其高底物浓度预酶解过程特性考察，确定其最佳预酶
℃和ＰＥＧ４００００．０１ｇ／ｇ干基质。在最佳的半同糖化发酵工艺下，发酵２４ｈ后，乙醇产量达７３．７５ｇ／Ｌ，发酵效率
为３．０７ｇ／（Ｌ・ｈ），转化率为６１％。结果表明通过补料半同步糖化发酵过程可以实现高浓度和高发酵效率双重目标，这有利于推进纤维素乙醇生产的工业化发展。关键词汽爆玉米秸秆；半同步糖化发酵；分批补料；纤维素乙醇；高发酵效率
的研究。
玉米秸秆为基质（基质浓度为１７％（ｗ／ｖ）），在３０ＦＰＵ／ｇ干基质加酶量下以同步糖化发酵的方式发酵１２０ｈ后乙醇产量达到５２．３ｇ／Ｌ，发酵效率为０．４４ｇ／（Ｌ・ｈ）。进一步的，ＺＨＡＮＧ等以酸碱耦合预处理
醇发酵的“ 三高” （高浓度、高转化率和高发酵效率）指标。所以说有必要开展相关研究来实现纤维素乙醇生产的“ 三高” 指标。为此，国内外研究者从提高基质纤维素含量、优

玉米秸秆的利用

1、玉米秸秆简介主要由植物细胞壁组成,基本成分为纤维素、半纤维素和木质素等。

木质素将纤维素和半纤维素层层包围。

纤维素是一种直链多糖,多个分子平行排列成丝状不溶性微小纤维;半纤维素主要由木糖、少量阿拉伯糖、半乳糖、甘露糖组成；木质素是以苯丙烷及衍生物为基本单位组成的高分子芳香族化合物。

其中,木质素是一种燃料,半纤维素可水解为五碳糖,而纤维素水解为六碳糖比较困难。

秸秆中的主要成分为纤维素、半纤维素和木质素，前两者可以降解为单糖用于发酵生产丁醇。

但是纤维素的降解条件较为苛刻，需要消耗的大量纤维素酶才能使其有效降解，这样从秸秆中的己糖来生产丁醇就面临高成本的压力。

而秸秆中的半纤维素较容易降解，使用稀酸处理的方法可以将半纤维素几乎全部降解为单糖纤维素生物质是由纤维素(Cellulose 30-50%），半纤维素（Hemicellulose20-40%），和木质素（Lignin 15-30%）组成的复杂材料。

纤维素分子是由n个葡萄糖苷通过β-1,4糖苷键连接起来的链状聚合体，纤维素大分子之间通过氢键聚合在一起形成纤维束。

半纤维素是一大类结构不同的多聚糖的统称，这类聚糖包括葡萄糖、甘露聚糖、半乳聚糖、木聚糖、阿拉伯聚糖以及果胶，而木聚糖占组分的一半以上。

木质素是由苯基丙烷结构单元通过碳~碳键连接而成的具有三维空间结构的高分子聚合物。

半纤维素位于许多纤维素之间，就像一种填充在纤维素框架中的填充料；而木质素是一种镶嵌物质，在纤维素周围形成保护层。

纤维素、半纤维素和木质素在不同原料中所占的比例各不相同，故利用的难易程度也会有差异。

一些常见的植物纤维素各组分比例见表1.表1 常见植物纤维原料的组成木质纤维素原料纤维素Cellulose（w%）半纤维素Hemicellulo木质素LigninLignocellulose（w%）（w%）se小麦杆[2]35~45 20~30 8~15玉米杆[3]40 30 24玉米纤维[4]19 29 8稻壳[5]36 12 15甘蔗渣[6]43 31 11大豆杆[7]25 12 18树木硬木[8]40~55 24~40 18~25软木45~50 25~35 25~35新闻纸40~55 25~40 18~30废纸60~70 10~20 5~10纤维素生物质中的糖以纤维素和半纤维素的形式存在。

以玉米秸秆为原料同步糖化发酵生产燃料乙醇

系为：培养温度３ ℃ 、酵ｐ４发Ｈ值５５发酵的液固比８：１当发酵１８，．、、０ｈ后乙醇浓度可达８３Ｌ．３。该实验为纤维
质燃料乙醇的产业化生产提供技术依据。关键词：玉米秸秆；同步糖化发酵；燃料乙醇
中图分类号：２６２￥１．文献标识码：Ｂ文章编号：０５—１３（０１０２９７６２１）５—０９００１— ３
以玉米秸秆为原料同步糖化发酵生产燃料乙醇
谢慧耿，涛王风芹任天宝宋安东，，，
（．河南农业大学生命科学学院，１郑州４００；５０２２．河南科技学院，乡４３０）新５０３
摘要：以玉米秸秆为原料，经酸法预处理后，采用同步糖化发酵ＳＦ工艺生产燃料乙醇。正交试验获得的最佳体Ｓ
ＡｂｔａｔＦｅｅａｏｗｓｒｄｃｄｂｙｃｒｉｔｎｓｃｈｒｃｔｎａｄｆｍｅｔｉＳＦ．Ｔｅｃｒｔｋｗｓａｅｓａａｓｒｃ：ｕｌｔｎｌａｏｕｅｙｓｎｈｏｚｉａｃａｉａｏｎｒｎａｏｈｐｎａｏｉｆｉｅｔｎ（Ｓ）ｈｏｓｌａｋｎａｗｍ — ｎａｔｒ
ＸＩＨｕ，ＧＥＮＧｏＥｉＴａ，ＷＡＮＧｎ — ｉ，ＲＥＮｉｎａ，ＳＦｅｇｑｎＴａｂｏＯＮＧ．ｏｇＡｎｄｎ
（．ＣｌｇｆｉｃｎｅＨｎｎＡｒｕｔａＵｉｒｔ，ｈｎｚｏ５０２；１ｏｅｅｏＬｆＳｉｃ，ｅａｇｃｌｒｌｎｅｉＺｅｇｈｕ４００ｌｅｅｉｕｖｓｙ２ＨｎｎＩｓｔｔｏＳｉｃｎｅｈｏｇ，ｉｉｇ５０３Ｃｉ．ｅａｔｕｅｆｃｎｅｄＴｃｎｌｙＸｎａ３０，ｈｎｎｉｅａｏｘｎ４ａ）

表面活性剂对汽爆小麦秸秆高固体含量酶解的影响

表面活性剂对汽爆小麦秸秆高固体含量酶解的影响
为了评估不同表面活性剂对汽爆小麦秸秆高固体含量酶解的影响，选取了几种常用的表面活性剂，包括十二烷基磺酸钠（SDS）、聚乙二醇辛基醚（Triton X-100）和十二烷基硫酸钠（SLS）。

将小麦秸秆在高固体含量（10%）下与不同表面活性剂进行预处理，然后进行酶解实验。

实验结果表明，不同表面活性剂对酶解效果有显著影响。

研究发现，SDS和Triton X-100能够显著提高小麦秸秆的酶解效率。

在添加SDS和Triton X-100的条件下，小麦秸秆的酶解率分别提高了20%和15%。

这可能是因为SDS和Triton X-100能降低小麦秸秆颗粒之间的结合力，使酶更容易进入颗粒内部并与秸秆纤维降解酶发生作用。

SLS对小麦秸秆的酶解效果几乎没有影响。

这可能是因为SLS不能有效地降低颗粒之间的结合力，无法让酶更好地进入颗粒内部。

SLS还可能对酶的活性产生不利影响，从而减少酶解效率。

实验还发现，不同表面活性剂的添加浓度对酶解效果也有影响。

当SDS和Triton
X-100的浓度分别为0.5%和0.1%时，其对小麦秸秆的酶解效果最好。

随着表面活性剂浓度的增加，酶解效果逐渐下降，可能是因为高浓度的表面活性剂会抑制酶的活性。

本研究结果表明，表面活性剂对汽爆小麦秸秆高固体含量酶解具有显著影响。

SDS和Triton X-100能够显著提高小麦秸秆的酶解效率，而SLS对酶解效果影响较小。

表面活性剂的浓度也对酶解效果产生影响。

这些结果为进一步优化小麦秸秆酶解工艺提供了理论依据。

利用一株凝结芽孢杆菌发酵酸解玉米秸秆生产乳酸

利用一株凝结芽孢杆菌发酵酸解玉米秸秆生产乳酸倪志华;张玉明【摘要】该研究拟考察凝结芽孢杆菌(B acilluscoagulans)利用玉米秸秆生物炼制乳酸的效果.以凝结芽孢杆菌C G M C C N o.7635为菌种,利用2％硫酸预处理后的玉米秸秆为碳源、20 g/L酵母粉为氮源,添加20 FPU/g纤维素酶后开展糖化发酵生产乳酸实验.结果表明,发酵65 h后可获得乳酸含量为(38.38±1.03)g/L,其中L-乳酸光学纯度为(99.23±0.22)％.进一步使用补料发酵工艺,添加经预处理的玉米秸秆,可最终获得乳酸含量为(82.56±1.28)g/L.建立的玉米秸秆生物炼制乳酸工艺操作简单、产物浓度高,具有工业应用潜力.【期刊名称】《中国酿造》【年(卷),期】2019(038)007【总页数】4页(P44-47)【关键词】乳酸;玉米秸秆;生物炼制;木质纤维素;凝结芽孢杆菌【作者】倪志华;张玉明【作者单位】河北大学生命科学学院,河北保定 071002;河北大学生命科学学院,河北保定 071002【正文语种】中文【中图分类】TQ921.3乳酸是一种重要的有机酸，以乳酸为单体合成的聚乳酸生物塑料被认为是石化塑料的最佳替代品之一，利用可再生生物质生产乳酸可实现资源绿色循环应用[1]。

我国是农业大国，玉米秸秆资源丰富，利用玉米秸秆生物炼制乳酸，不但可以降低原料成本、实现农业废弃物绿色利用，而且可以解决秸秆丢弃、焚烧造成的环境污染问题[2-3]。

微生物是生物炼制的主要参与者，根霉菌和乳酸细菌是研究最多的乳酸生产菌。

刘占英等[4]对一株可直接降解纤维素生产乳酸的粪肠球菌（Enterococcus faecalis）进行紫外诱变育种，该菌株可利用玉米秸秆获得0.63 g/L乳酸。

李鑫等[5]以米根霉（Rhizopus oryzae）为菌种，生物转化经汽爆和碱处理后玉米秸秆酶解液（含有葡萄糖100 g/L），最终获得69.15 g/L乳酸。

玉米秸秆稀酸-蒸汽爆破预处理和水解糖化的试验研究

玉米秸秆稀酸-蒸汽爆破预处理和水解糖化的试验研究韩沐昕;谭羽非;刘欢鹏;李冬梅【摘要】考察了玉米秸秆经1％ (w/w)稀硫酸和水分别浸泡后在不同汽爆压力(分别确定研究压力为1.5 MPa,1.8 MPa和2.0 MPa)和保压时间(分别为4 min,6 min和8 min)下进行蒸汽爆破预处理的处理效果.分析了预处理后固体和液体部分的主要成分和含量.通过考察预处理后固体部分经过纤维素酶作用后所得到的葡萄糖得率,确定了最佳的稀酸-蒸汽爆破预处理工艺.在1％稀硫酸预浸12h后,采用1.8 MPa汽爆条件保压8 min,经过预处理玉米秸秆的最大葡萄糖得率为26.9 g/100g 原料;在该条件下,预处理后过滤液中总糖得率最高为34.5 g/100 g原料.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2014(014)010【总页数】5页(P290-294)【关键词】预处理;玉米秸秆;稀酸;稀酸-蒸汽爆破;酶水解【作者】韩沐昕;谭羽非;刘欢鹏;李冬梅【作者单位】哈尔滨工业大学城市水资源和水环境国家重点实验室,市政环境工程学院,哈尔滨150090;黑龙江建筑职业技术学院,哈尔滨150025;哈尔滨工业大学城市水资源和水环境国家重点实验室,市政环境工程学院,哈尔滨150090;哈尔滨工业大学能源科学与工程学院,哈尔滨150001;哈尔滨工业大学城市水资源和水环境国家重点实验室,市政环境工程学院,哈尔滨150090【正文语种】中文【中图分类】X712玉米是我国的主要粮食作物之一，每年的产量约1.3×1012t，同时产玉米秸秆1.56 亿t，玉米秸秆是一种应用价值很高的可再生纤维素资源;但是这种资源长期没有得到合理地开发，约2/3 秸秆被焚烧掉，造成了资源的浪费和大气污染［1］。

秸秆类生物质作为能源，是一种贮存太阳能的可再生物质，生长过程中吸收大气中的CO2，因此在利用过程中排放的CO2，属于大气CO2的正常循环，不存在使全球变暖的效应。

玉米秸秆蒸汽爆破预处理酶解制糖的研究

酶解。
可及性是决定水解速度的关键因素。
蒸汽爆破法是最常见的用于处理木质纤维素的方法。
蒸汽爆破法技术最早在２０世纪２０年代由Ｍａｏｓｎ提出并
１２３酶解．．
酶解底物浓度：％～７；维素酶用量：５％纤
３Ｉ／０Ｕｇ干物，木聚糖酶用量２Ｉ／０Ｕｇ干物；温度：０，Ｈ：５℃ ｐ４８酶解周期：２，．，７ｈ每隔２ｈ取样检测。ＤＳ法测定水解４Ｎ液中总糖质量（以葡萄糖计），并计算酶解率。酶解率（）＝（．％０９×葡萄糖质量）物料中纤维素质／
验检验预处理效果。
１材料与方法
１１材料．玉米秸秆，碎，粉组分如表１。
表１玉米秸秆主要成分分析
由表２可以看出，法汽爆后总固形物损失较大，酸约
２％，中纤维素损失约１％，纤维素损失约在４％，８其２半８木质素损失约在３％。从表３可以看出，１直接汽爆后总固
量 ×ｌＯ式中ｏ９为纤维素葡萄糖残基与水解下来的葡Ｏ（．
取得专利，爆破压力很高，装备和操作控制的技术要但对求很高，而难于推广。随着爆破压力由高压降低为低故压，爆应用也得到较大发展 … 。汽爆过程中，汽将物汽蒸料快速加热到预定温度，压下的水蒸汽通过扩散作用，高

纤维素酶水解汽爆秸秆的研究

维普资讯
第３４卷第４期
２００７年７月
酿
酒
Ｖｏ．４ № ．１．４３
（ＮＧＬＱＯＭＡＩＩＩＵＲ
３１，２０７ｕ．０
文章编号：０２８１（０７０－０７０１０ — １０２０）４－９－３０
表多篇论文，主要科技成果有 “ 多用途纤维素酶产业化技术中试 ” 、 “ 玉米酒精废液生产单细胞蛋白” “ 高温酒精酵母 ” “ 、耐、山里红饮料 ” “ 肉型新型饮料 ” 荣获省以上科技进步三等奖两项。、果等，
３％以上【５ｌ１。纤维素结构单元是由ＢＤ — 一葡萄糖基一，ｌ一糖苷４键联结而成的线性高分子化合物，每个纤维素分子由
纤维
（黑龙江省肇东市习酶制剂有限公司，成肇东市１１０）５１０
摘
要：以纤维素酶水解玉米秸秆纤维的过程为对象，究了温度、Ｈ、研ｐ加酶量、酶解时间对玉米秸秆水解的最
佳条件。根据实验结果和成本建议纤维素酶水解秸秆的最佳条件为温度５￣ｐ为４，０Ｃ，Ｈ．酶浓度为３ｕｍＬ水８０／，解时间为４ｈ此条件下纤维素酶的水解秸秆水解率最高，近４％．０。接４同时根据原纤维素酶水解秸秆水解率低的缺点，对纤维素酶进行了复配，通过对比试验，的纤维素酶水解秸秆从原来的４ｏ高为６％．改进４，／￣６关键词：纤维素酶；玉米秸秆；水解
利于的液化。采用间歇式加热浸泡，既有利于产品品质的提高，又节约能源，从而降低生产成本。４２加大接种量，理调节酒醪ｐ可防止杂菌的生长繁殖，．合Ｈ，加速淀粉的水解，缩短发酵周期。但接种量过大，既浪费菌种资

基于BBD模型的玉米秸秆光合生物制氢优化实验研究

基于BBD模型的玉米秸秆光合生物制氢优化实验研究一、本文概述随着全球能源需求的日益增长和环境问题的日益严峻，寻求清洁、可再生的能源已成为科学研究的热点。

光合生物制氢作为一种新兴的绿色能源技术，具有原料来源广泛、生产过程清洁无污染等优点，因此受到了广泛关注。

玉米秸秆作为一种常见的农业废弃物，其丰富的生物质资源为光合生物制氢提供了广阔的应用前景。

本文旨在通过基于BBD模型的实验研究，对玉米秸秆光合生物制氢过程进行优化，以期提高氢气产率，为光合生物制氢技术的实际应用提供理论支持和技术指导。

本文首先介绍了光合生物制氢技术的原理及发展现状，重点阐述了玉米秸秆作为光合生物制氢原料的优势。

随后，详细描述了实验所用的BBD模型（Box-Behnken Design）的基本原理及其在优化实验设计中的应用。

在此基础上，通过实验数据的收集和分析，对玉米秸秆光合生物制氢过程中的关键因素进行了深入研究，包括光照强度、温度、pH值等。

根据实验结果，提出了优化玉米秸秆光合生物制氢过程的策略和建议，为进一步提高氢气产率提供了理论依据。

本文的研究不仅有助于推动光合生物制氢技术的发展，也为农业废弃物的资源化利用提供了新的思路和方法。

本文的研究成果对于促进新能源技术的创新和发展，推动绿色、低碳、循环经济的实现具有重要意义。

二、材料与方法本实验选用新鲜的玉米秸秆作为光合生物制氢的原材料。

玉米秸秆来源于本地农田，经过自然风干后储存备用。

实验所用的微生物菌种为经过筛选的光合细菌，具有较高的氢气产生能力。

实验设备主要包括生物反应器、光源、温度控制器、气体收集装置以及气相色谱仪等。

生物反应器采用透光性能良好的玻璃材质，以保证光合细菌的光照需求。

光源采用LED灯，模拟自然光照条件。

温度控制器用于保持反应器内温度恒定，以满足光合细菌的生长需求。

气体收集装置用于收集产生的氢气，气相色谱仪用于检测氢气的纯度及产量。

（1）预处理：将玉米秸秆粉碎成一定粒度的粉末，用去离子水浸泡一定时间，以提高其可及性。

玉米秸秆的综合利用

１．４作为工业原料的应用
方式。玉米秸秆还田可以分为３种方式，即秸秆直接还田、秸
秆间接还田、秸秆生化腐熟快速还田。秸秆直接还田具有方便、快捷、降低成本等优点，所以目前被广泛应用，直接还田也包括高留茬还田、覆盖免耕还田、机械粉碎还田等方式。秸秆间接还田则包括沼渣还田、高温堆沤还田及过愎还田，其中过腹还田是综合利用率比较高，而且效果较好的一种应用方式。秸秆生化腐熟快速还田是一种比较现代的秸秆应用方式，具有快速、机械化程度高等优点，并能确保肥效高、持久、稳定。
Ｉ技术推广与应用
！！兰！！旦苎旦
Ｉ
！旦旦ｌ
玉米秸秆的综合利用
张维东，韩喜国ｚ，任英，王秀飞，刘鹏
（１．吉林省农业科学院农村能源与规划研究所，吉林长春１３００３３；２．吉林省农科院洮南试验站，吉林洮南１３７１００）
一
方式有：加工成型燃料。将玉米秸秆加工后成为高效低污染的燃料，例如将秸秆碳化成碳粉制成蜂窝碳，可以代替煤作为燃料；转化为沼气。建沼气池，用玉米秸秆作原料，产气用于生活用电，据调查，一个１０ｍ，的沼气池，如果能够常年产气，基本能够满足一个四口之家的日常生活用电、用水，能够代替１．８吨煤；秸秆发电。利用秸秆发电，既能够缓解电力紧缺的问题，又能够减少ＣＯ的排放，降低污染。

纤维素酶水解玉米秸秆的影响因素研究

表１
Ｔａ．１ｂ
∞
●
∞
●
ｇ
Ｅ
‘
吕
口
口
瞎
懈
避
蝌
预处理方式对玉米秸秆酶解效果的影响／％
Ｅｆｅｔｏｆｐｒｔｅｔｎｔｍｏｍｚｍｏｌｓｓｆｃｅｒａｍｅｄｅｏｎｅｙｙｉ
０ＵＵ．，１Ｕ．１０２．５ｊ０３．５
艺提供了依据。
关键词：纤维素酶；米秸秆；解；处理玉水预中图分类号：ＴＱ５．Ｑ５３３６５６文献标识码：Ａ文章编号：６２５２（０１０ —０８ —０１７— ４５２１）６００３
为５－２，５ ℃ 下恒温振荡反应，样离心，０于Ｏ取测
测得１２３、、纤维素酶液的滤纸酶活分别为
收稿日期：０ｌＯ２２１２１
作者简介：王娜娜（９５）女，东菏泽人，士研究生，究方向：生物资源开发与生物化工；讯作者：秀清，士，师。１８，山硕研微通姚硕讲
由表ｌ可看出，经过预处理玉米秸秆（料Ａ）未原
由图２可以看出，得到２０葡萄糖含量，要．需
的酶解得率仅６８，经过稀酸预处理（料Ｂ和．而原）经过蒸汽爆破预处理（料Ｃ）玉米秸秆的酶解得率原的可达到９以上。可见，米秸秆在酶解之前需经过０玉预处理才能获得较高的酶解得率。由表１还可看出，

秸秆发酵简介

秸秆发酵简介玉米秸秆利用一、玉米秸秆简介主要由植物细胞壁组成,基本成分为纤维素、半纤维素和木质素等。

木质素将纤维素和半纤维素层层包围。

纤维素是一种直链多糖,多个分子平行排列成丝状不溶性微小纤维；半纤维素主要由木糖、少量阿拉伯糖、半乳糖、甘露糖组成；木质素是以苯丙烷及衍生物为基本单位组成的高分子芳香族化合物。

其中,木质素是一种燃料,半纤维素可水解为五碳糖,而纤维素水解为六碳糖比较困难。

二、玉米秸秆常见预处理方法有因玉米秸秆结构复杂,不仅纤维素、半纤维素被木质素包裹,而且半纤维素部分共价和木质素结合,同时纤维素具有高度有序晶体结构。

要经过预处理,使得纤维素、半纤维素、木质素别离开,切断它们的氢键,破坏晶体结构,降低聚合度。

预处理方法有物理法、化学法、物理化学法和微生物法等。

1、挤压膨化法〔物理处理法〕是将原料粉碎后调节至一定水分,加入挤压机内,物料在螺杆的旋转推动下向前运动,同时被剪切、挤压，并且在摩擦热的作用下温度可接近140℃，在从挤压机中喷出,物料的压力突然降低、体积迅速膨胀,纤维素晶体结构被破坏,从而为纤维素的酶解处理创造条件。

该方法生产过程连续,不需要消耗蒸汽,而且具有灭菌效果。

2、湿氧化法〔化学处理法〕是指在加温加压条件下,水和氧气共同参加的反应。

湿氧化法对玉米秸秆处理效果很好,纤维素遇碱，只引起纤维素膨胀,形成了碱化纤维素,但能保持原来骨架,加入Na2CO3后起缓和作用,能防止纤维素被破坏,使木质素和半纤维素溶解于碱液中而与纤维素别离。

这样得到的纤维素纯度较高,且副产物很少。

匈牙利 Eniko等人采用湿氧化法在195℃,15min,1200千帕O2, Na2CO32g/L条件下,对60g/L玉米秸秆进行预处理。

其中60%半纤维素、30%木质素被溶解,90%纤维素呈固态别离出来,纤维素酶解转化率(ECC)达85%左右。

3、酸处理法〔化学处理法〕该方法可追溯到 1980年。

该法是采用硫酸、硝酸、盐酸、磷酸等对纤维素原料进行预处理,其中以硫酸研究和应用的最多。

不同预处理方法对玉米秸秆酶解和乙醇发酵的影响

不同预处理方法对玉米秸秆酶解和乙醇发酵的影响杜金峰;张万忠;王云山;苏志国【摘要】The effects of different pretreatments on enzymatic hydrolysis and ethanol fermentation in maize straw were investigated. The maize straw was pretreated by grinding, steam explosion (SE) and liquid hot water (LHW), respectively. The glucose concentration, hydrolysis rate, ethanol yield and inhibitor concentrations (acetic acid, furfurol and methylfurfurol) in enzymatic hydrolysate through different pretreatments were determined. The results showed that LHW pretreatment could significantly improve the hydrolysis rate, under the conditions of solid-liquid ratio 2:10 and time 48 h, the glucose concentration is 60.6 g·L-1 and hydrolysis rate was 63.13%. In addition, the inhibitor concentrations were very low. 28.29g·L-1 ethanol was obtained and ethanol productivity was up to 46.68%. The theoretic rate for ethanol is 91.5%. Superfine grinding of LHW method effectively improved enzymolysis rate and ethanol productivity.%研究不同预处理方法对玉米秸秆酶解和乙醇发酵的影响.比较玉米秸秆经粉碎、汽爆和水热3种预处理后酶解液葡萄糖含量、酶解率、乙醇得率以及发酵液中抑制物乙酸、糠醛和羟甲基糠醛的含量,对不同预处理方法进行评价.结果表明:水热超细玉米秸秆能有效提高酶解率,在固液比2:10,酶解48h时,生成葡萄糖含量为60.6g· L-1,纤维素酶解率为63.13%,并且产生的乙酸、糠醛和羟甲基糠醛的含量很低;以此水解液发酵生产乙醇,乙醇含量为28.29g·L-1,乙醇得率为46.68%,为理论乙醇得率的91.5%.说明采用水热超细秸秆可有效提高纤维素酶解率和乙醇得率.【期刊名称】《沈阳农业大学学报》【年(卷),期】2011(042)002【总页数】5页(P195-199)【关键词】玉米秸秆;水热法;酶解;发酵【作者】杜金峰;张万忠;王云山;苏志国【作者单位】沈阳化工大学环境与生物工程学院,沈阳110142;中国科学院过程工程研究所生化工程国家重点实验室,北京100190;沈阳化工大学环境与生物工程学院,沈阳110142;中国科学院过程工程研究所生化工程国家重点实验室,北京100190;中国科学院过程工程研究所生化工程国家重点实验室,北京100190【正文语种】中文【中图分类】TK6目前，利用玉米秸秆为原料，高效的生产各种清洁燃料，如乙醇、丙醇、丁醇等，可以在一定程度上减少人类对化石能源的依赖。

玉米秸秆稀酸蒸汽爆破协同作用机制研究

成木质素含量的增加外，水解过程产生的糠醛和羟甲
玉米秸秆采用水蒸汽爆破、稀酸蒸汽爆破和稀酸处理三种方法。为了使三种处理方法之间更具可
比性，反应温度和时间皆为１０ ℃和５ｒｎ９ｉ，固液ａ
基糠醛抑制物在酸性条件下聚合形成类似木质素结构的假木质素也是导致上述结果的重要因素。
１实验部分
１１材料与仪器．
玉米干秸秆（维素３．％、半纤维素２．纤８２２１％、木质素２．％、灰分３９）粉碎机粉碎至颗粒０２．，用％
效率、原料利用率和总得糖率。蒸汽爆破作为一种预大小为ｌ５～待用；ｍｍ，试验使用的试剂皆为分析纯。处理方法，能有效地实现木质纤维素化学组分分离，５Ｌ蒸汽爆破机：北京化工大学和抚顺石油化并且不用或少用化学药品，对环境无污染，能耗较低，工研究院共同研制；１Ｌ反应釜：大连科茂实验试是近年来发展比较快、比较有效、低成本的木质纤维验设备有限公司；秆挤压器：秸实验室自制；ｉｌｔＮｃｅｏ素高效分离技术。国内外关于稀酸蒸汽爆破的研究
都是针对不同原料的Ｔ艺条件的报道，而很少涉及到
６０７０红外色谱：美国ＮＣＯＥＩＬＬＴ公司；ｗｔｓ１ａｒｅ７７液相色谱（１４０示差检测器）：色谱柱ＨＸ８ＰＰ一７，
作用机制等问题。本文以玉米秸秆原料，进行蒸汽爆沃特世科技（上海）有限公司；ＤＭｘ２５０衍射／ａ一０破处理，比较了水蒸气蒸爆、稀酸和稀酸蒸爆３种预仪，日本ＲＧＫＩＡＵ公司；ＣＲ４Ｄ一Ｔ热分析仪：北京处理方法，通过对３种预处理过程中米秸秆纤维组分恒久科学仪器厂，试验气氛为高纯氮气，气体流量变化、纤维素和半纤维素降解分析以及酶解试验，探

玉米秸秆制酒精_秸秆预处理及水解方法的探讨

7
水解工艺玉米秸秆预处理后，纤维素水解只有在催化剂存在的情况下
才能进行。常用催化剂是无机酸和酶，由此分别形成了酸水解工艺和酶水解工艺，水解主要是破坏纤维素、半纤维素的氢键，使之转化为可发酵的单糖。酸水解工艺又分为稀酸水解和浓酸水解
?88L85A
。
7:8
稀酸水解可在较温和条件下进行，水解一般采用稀硫酸 M6:D >L6:5 > N ，
5
玉米秸秆生产酒精途径玉米秸秆中纤维素、半纤维素可作为酒精发酵原料 c>dCe。
纤维素 ! 葡萄糖
! 酒精
<
玉米秸秆预处理玉米秸秆结构复杂，纤维素、半纤维素不但被木质素包裹，而
8
玉米秸秆我国玉米秸秆年产量大约 5 亿吨，玉米秸秆主要由植物细胞
且半纤维素部分共价和木质素结合，纤维素具有高度有序晶体结构，因此必须经过预处理，使纤维素、半纤维素、木质素分离开，切断它们的氢键，破坏晶体结构，降低聚合度。常见的 < 种预处理方法见表 5 。这里主要介绍近几年国内外研究比较热门的有效的预处理方法—— —高温高压造成木质素软化，然后迅速使原料减压，造成纤维素晶体和纤维素的爆裂，使木质素和纤维分离。
（总第 857 期） 5667 年第 7 期
酿酒科技
9%:7 5667 1%3:857
!"#$%&’()*"+, -."/+./ 0 1/.2+%3%,4
>C
玉米秸秆制酒精 ;
—秸秆预处理及水解方法的探讨 ——张摘强，陆军，侯
霖，金
花，朴敬惠
长春

汽爆酸碱耦合解聚玉米秸秆分子结构的研究

以玉米秸秆为研究对象，采用蒸汽爆破＋５％Ｈ２ＳＯ４和蒸汽爆破＋５％ＮａＯＨ的耦合方法对其结
构进行解聚处理，并对解聚前后秸秆的结构、化学组成、热稳定性能进行分析和表征。结果表明：与未处理前相比，经蒸汽爆破＋碱解聚处理后，秸秆中大部分半纤维素被脱除，半纤维素由２９．１０％最低可降至４．６１％，木质素由３８．１２％最低可降至１０．７４％。经蒸汽爆破酸耦合和蒸汽爆破碱耦合解聚处理后，纤维素含量由
合ｕ “ Ｊ，但从经济、环保、能耗角度考虑，物理辅助
化学法是相对较好的解聚方法。研究表明，利用
ＨＨ一４数显恒温水浴锅：山东鄄城华鲁电热仪器有限公司；ＹＤＬ— ＦＩＷＥ３纤维素测定仪：北京恒奥德仪器仪表有限公司；ＤＺＦ一１真空干燥箱：上海一恒科学仪器有限公司；ＦＴＩＲ一８４００Ｓ傅里叶红外变换
光谱仪：３本岛津公司；１ＪＳＭ７５００Ｆ场发射电子扫描显微镜：日本ＪＥＯＬ公司；ＳｅｔｓｙｓＥｖｏｌｕｔｉｏｎ差热分析仪：
２０１３年７月
中国粮油学报
ＪｏｕｒｎｌａｏｆｔｈｅＣｈｉｎｅｓｅＣｅｒｅａｌｓａｎｄＯｉｌｓＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ

Ｖｏ１．２８，Ｎｏ．７