膨化预处理玉米秸秆提高还原糖酶解产率的效果
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。
不同方法预处理的玉米秸秆结构与酶解分析
不同方法预处理的玉米秸秆结构与酶解分析史旭洋;任晓冬;钱程;刘艳;刘心同;尚鑫;刘硕;刘禹廷;于藴波;张军【摘要】在利用秸秆进行工业转化时,因为秸秆结构复杂,导致转化效率低,所以需对秸秆进行预处理,破坏秸秆复杂结构,提高转化效率.采用扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和X射线衍射技术分析不同预处理方式对玉米秸秆微观结构的影响,并利用纤维素酶对不同预处理秸秆进行酶解,评价预处理效果.扫描电镜结果表明,不同预处理方式对秸秆表面形态和秸秆整体结构造成不同程度的破坏,其中NaOH预处理后的秸秆表面结构坍塌明显,表明木质纤维素结构被有效打破.利用傅里叶变换红外光谱对不同预处理方式的秸秆进行分析,其中1600和1510 cm-1为木质素的特征峰,NaOH预处理后的秸秆在此处的特征峰基本消失,表明NaOH预处理对秸秆木质素的去除效率比较明显.1744～1734 cm-1为C詤O伸缩振动特征峰,此峰的强度与木质素和半纤维素的含量有关,采用不同方法预处理后,此峰的吸收强度不同程度地减少,表明各种预处理方法不同程度地去除了秸秆的木质素和半纤维素.X-射线衍射分析表明,不同预处理后秸秆的结晶度均发生不同程度的改变,其中H2 SO4预处理后秸秆的结晶度提高最大,达到43.4％.其中NaOH预处理秸秆后,用纤维素酶酶解60 h,使其酶解产糖量达到33.32 g/L.本研究分析了不同秸秆预处理方法的效果,为利用玉米秸秆生产生物化工产品提供了理论依据.【期刊名称】《分析化学》【年(卷),期】2018(046)009【总页数】6页(P1501-1506)【关键词】秸秆;扫描电镜;傅里叶变换红外光谱;X射线衍射;预处理;酶解【作者】史旭洋;任晓冬;钱程;刘艳;刘心同;尚鑫;刘硕;刘禹廷;于藴波;张军【作者单位】吉林大学生命科学学院,长春130012;吉林大学生命科学学院,长春130012;吉林省公安厅物证鉴定中心,长春130000;吉林大学生命科学学院,长春130012;吉林大学生命科学学院,长春130012;吉林大学生命科学学院,长春130012;吉林省公安厅物证鉴定中心,长春130000;吉林省公安厅物证鉴定中心,长春130000;吉林省公安厅物证鉴定中心,长春130000;吉林省公安厅物证鉴定中心,长春130000【正文语种】中文1 引言木质纤维素是自然界上最丰富的自然资源，利用木质纤维素可以生产多种生物化工产品。
超声波预处理玉米秸秆的条件优化
超声波预处理玉米秸秆的条件优化胡斌;张亮亮;胡青平【摘要】To speed up degradation of corn stalk by cellulase, this research was to explore the effect of ultrasonic pretreatment conditions of corn straw, including ultrasonic processing time, power and temperature. Then these conditions were optimized through the Box-Behnken central composite design. Results showed that the optimal conditions were that liquid materials in the ratio of 1 : 30 were treated by the ultrasonic for 10 min at the temperature of 45 ℃ and the power of 140 W. The best effect of cellulose enzyme solution on corn straw was detected under the optimal pretreatment conditions.%为加速纤维素酶对玉米秸秆的分解效率,采用超声波预处理玉米秸秆.研究超声波处理时间、功率、温度等因素对处理效果的影响,通过Box-Behnken中心组合试验设计优化超声波预处理玉米秸秆的条件.结果表明,超声波预处理玉米秸秆的最优条件为:料液体积比为1:30,超声时间10 min,温度45℃,功率140 W.用纤维素酶酶解在优化条件下超声处理的玉米秸秆,酶解效果较好.【期刊名称】《西北农业学报》【年(卷),期】2012(021)002【总页数】4页(P153-156)【关键词】玉米秸秆;超声波;预处理;酶解【作者】胡斌;张亮亮;胡青平【作者单位】山西师范大学生命科学学院,山西临汾041004;山西师范大学生命科学学院,山西临汾041004;山西师范大学生命科学学院,山西临汾041004【正文语种】中文【中图分类】S216.2中国是一个农业大国，各类农作物秸秆年总量达7亿t以上［1］，其中玉米秸秆占很大的比例，它的主要成分是纤维素［2］。
玉米秸秆前处理对其糖化过程影响的研究
玉米秸秆前处理对其糖化过程影响的研究作者：李柏聪董长颖来源：《农家科技下旬刊》2015年第06期玉米在我国种植面积广阔，拥有大量的玉米秸秆，以玉米秸秆为原料生产燃料乙醇，为生产燃料乙醇提供了一个良好的条件。
可实现玉米秸秆的资源化利用，显著降低燃料乙醇生产的原料成本，实现燃料乙醇产业的持续健康发展，创造重要的经济效应、社会效应。
同时充分利用玉米秸秆资源生产乙醇，不与人争粮，开拓了解决“三农问题”的新思路，促进我国生物经济的可持续健康发展。
通过比较不同的粒径大小、不同的存储时间、不同存储方式的玉米秸秆对糖化过程的影响，得到一个最佳前处理的组合方式，从而为建立一个标准化的、经济的秸秆存储模式提供有力实验依据。
一、材料与方法1.材料（1）实验材料玉米秸秆：产于吉林省吉林市昌邑区。
酶：纤维素酶、纤维二糖酶；以及盐酸四环素和柠檬酸钠缓冲液等。
（2）实验设备DHG-9076A型电热恒温干燥箱，高低温恒温振荡培养箱（上海-一恒科技有限公司），TG16WS台式高速离心机（上海泸湘仪离心机仪器有限公司），常规玻璃器皿等。
2.方法（1）原料成分分析本实验所用的玉米秸秆葡聚糖和木聚糖含量分别为32.8%，21.4%。
（2）玉米秸秆前处理将对玉米秸秆以不粉碎湿存储、粉碎湿存储、不粉碎干存储、粉碎干存储；3个月、6个月、12个月时间存储； 2.5cm、1.5cm、0.5cm粒径大小为因素进行试验。
（3）氨水预处理取干重为15 g的分装好的玉米秸秆，加入氨水溶液，使最终固液混合物质量为75g，将混匀的混合物加入150ml具塞锥形瓶中封紧瓶盖，放入电热恒温培养箱中，设置温度为40°C，时间为39min，在此条件下进行浸泡处理，处理完毕后，过滤并水洗残渣至中性，每个条件的预处理做十组平行。
（4）酶水解糖化酶解在500 ml锥形瓶中进行，反应体积为125 ml纤维素酶和纤维二糖酶分别按酶负荷为15 FPU/g葡聚糖和30 CBU/g葡聚糖加入酶解体系中。
膨化预处理玉米秸秆的还原糖酶解工艺
膨化预处理玉米秸秆的还原糖酶解工艺其中，生物质的主要成分是纤维素和半纤维素，它们有着长链结构，不易降解。
为了有效地利用这些成分，需要通过预处理技术来改变其物理和化学特性，使其更易于生物转化和微生物降解。
在膨化预处理技术中，主要利用了高温和高压的作用，打破了细胞壁的结构，使纤维素和半纤维素变得更加易于转化和降解。
一些研究证明，使用膨化预处理技术可以将玉米秸秆中的纤维素和半纤维素转化为可用的还原糖。
还原糖是一种重要的生物质基础化学品，可以用于制备生物质能源、高附加值化学品、生物质化肥等。
其中，纤维素通过酶解反应变成葡萄糖，并进行发酵、糖醇或其他化学转化，形成不同的生物质基础化学品；而半纤维素则发生酸解反应，变成木糖和木醇等还原糖。
在膨化预处理的还原糖酶解工艺中，首先需要对玉米秸秆进行物理预处理，以去除杂质和硬木质素。
该步骤通常包括筛选、石灰浸泡、清洗和干燥等过程。
接着，将物理预处理后的玉米秸秆送入膨化设备，通过高温和高压的作用，将其膨化，打开了纤维素和半纤维素的结构。
最后，使用酶解剂，将膨化后的玉米秸秆中的纤维素和半纤维素酶解成还原糖。
酶解过程通常分为两个阶段，首先是β-葡萄糖苷酶的作用，将纤维素分解成葡萄糖；然后是木聚糖酶的作用，将半纤维素分解成木糖和木醇等还原糖。
由于玉米秸秆中的纤维素和半纤维素之间的结构是紧密相连的，因此需要进行特殊的还原糖酶解处理，才能有效地将其转化为有用的基础化学品。
在酶解过程中，需要注意酶解剂的种类、浓度和作用时间等因素，以及酶解过程中的温度、pH值等条件。
此外，由于玉米秸秆中的纤维素和半纤维素的含量比例不同，因此也需要根据实际情况进行相应的处理。
总之，膨化预处理是一种有效的生物质能源利用技术，可以将玉米秸秆转化为可用的还原糖。
还原糖酶解工艺是将还原糖转化为有用的基础化学品的关键技术。
该技术的研究和应用不仅有助于提高生物质能源的利用效率，还有助于减轻环境负担，推进环保和可持续发展。
膨化预处理玉米秸秆提高还原糖酶解产率的效果
第26卷第11期农业工程学报V ol.26 No.112010年11月Transactions of the CSAE Nov. 2010 265 膨化预处理玉米秸秆提高还原糖酶解产率的效果寇巍，赵勇，闫昌国，李世密，张晓健，张大雷※（辽宁省能源研究所，营口 115003）摘 要：为了提高玉米秸秆的可发酵还原糖转化率，采用膨化技术对玉米秸秆木质纤维素进行预处理。
扫描电镜观察，玉米秸秆的纤维束受到破坏，木质素包裹作用减弱，纤维素酶的空间作用面积提高。
红外光谱分析表明有部分半纤维素和少量木质素水解；X射线衍射测定纤维素结晶度降低了12.68%。
通过进一步纤维素酶解试验，与未处理的相比膨化处理后原料酶解时间可缩短16 h，未经膨化处理原料还原糖的酶解产率为13.48%，膨化处理后原料还原糖的酶解产率可达24.91%。
结果表明，膨化预处理技术可明显提高玉米秸秆木质纤维素的能源化利用效率。
该试验为膨化玉米秸秆酶解工艺的进一步研究提供依据。
关键词：秸秆，膨化，纤维素，木质纤维素，预处理，还原糖，酶解产率doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2010.11.046中图分类号：S216.2 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2010)-11-0265-05寇 巍，赵 勇，闫昌国，等.膨化预处理玉米秸秆提高还原糖酶解产率的效果[J].农业工程学报，2010，26(11)：265－269.Kou Wei, Zhao Yong, Yan Changguo, et al. Corn straw expansion pretreatment to improve enzymolysis reducing sugar yield[J].Transactions of the CSAE, 2010, 26(11): 265－269. (in Chinese with English abstract)0 引 言农作物秸秆的主要成分为纤维素、半纤维素和木质素，三者占秸秆总量的80%，其中纤维素占30%～40%，半纤维素占25%～30%，木质素占10%～15%。
玉米秸秆的酶水解糖化
玉米秸杆的酶水解糖化李俊英张桂陈学武苗芳侯建革玉米秸杆的酶水解糖化摘要：玉米秸杆属植物纤维废料，研究玉米秸杆酶水解糖化的目的在于寻求一条玉米秸杆的合理利用新途径，加工成食品、燃料、化工产品等，具有较好的发展前途。
从玉米秸杆的化学结构出发，阐述玉米秸杆酶水解、糖化的机理及研究概况，玉米秸杆所含成分复杂，需要经过预处理，破坏其结晶性，提高水解性能，从而得以很好利用，具有重要的现实意义。
关键词：玉米秸杆；酶水解；糖化1 玉米秸杆的化学组分玉米秸杆的主要成分是纤维素、半纤维素、木质素、粗蛋白和水等。
1.1 纤维素玉米秸杆纤维素结构单元是由β-D葡萄糖基1，4-糖苷键联结而成的线性高分子化合物。
每个纤维素分子由800--1200个葡萄糖分子组成，据戈林(D.A.J.Goring)等研究，在纤维细胞中的次生壁中，微细纤维、木素、半纤维素中组分均呈不连续的层状结构，彼此粘结又互相间断。
微细纤维是构成细胞壁的骨架，木素、半纤维素则是微细纤维之间的填充剂和粘结剂。
纤维素分子中的葡萄糖(和其它糖)残基的多少，或者称之为聚合程度的高低，因植物种属不同、时空和空间关系的变化而有变异。
玉米秸杆纤维素属于次生壁一类的纤维素分子，其平均聚合度为1000左右。
其中大约30到100个纤维素分子“并肩”排列，在分子内和分子间氢键作用下，形成结晶的(crystalline)或类结晶的(paracrystalline)微纤丝。
微纤丝的结晶区即β-1，4葡聚糖区，而中央的非结晶区则可能是甘露糖或木糖的存在部位，非结晶的或结晶程度差的表面区包围着中央的结晶核(Crystal nucleus)〔2，3〕。
从以上分析，纤维素类分子相互间以特定化学键相联系，形成牢固结构，使其难于分离。
1.2 半纤维素半纤维素的结构单元是木糖、阿拉伯糖、葡萄糖等以及这些糖甲基化、乙酯化单位和醛酸衍生物。
半纤维素的分子量较低，聚合度小于200，且分子往往带有支链。
膨化预处理对玉米秸秆纤维形态结构及制浆性能的影响
膨化预处理对玉米秸秆纤维形态结构及制浆性能的影响作者：牛司鹏杨桂花陈嘉川来源：《中国造纸》2018年第09期摘要：对普通玉米秸秆（未膨化预处理）和膨化预处理玉米秸秆的纤维形态、化学组分进行了分析对比，并对膨化预处理玉米秸秆硫酸盐法制浆性能进行了初步探究。
结果表明，与未膨化预处理玉米秸秆相比，膨化预处理玉米秸秆纤维素含量（硝酸-乙醇纤维素39%）增加约20%，酸不溶木素（10%）和聚戊糖（20%）含量均有所降低，这些特性使膨化预处理玉米秸秆更容易蒸煮成浆，提高纸浆得率，减少化学品消耗。
在用碱量为14%（以Na2O计），蒸煮温度为100℃，硫化度为25%，保温时间为60 min，液比为1∶6的蒸煮工艺条件下，与未膨化预处理玉米秸秆制浆相比，膨化预处理玉米秸秆的硫酸盐法制浆细浆得率为42.3%（相对于膨化预处理玉米秸秆），提高了9.9%，高锰酸钾值为15.8，降低3.1%，而抗张指数、撕裂指数、耐破指数分别下降7.2%、9.8%、5.5%。
关键词：膨化玉米秸秆；纤维形态；硫酸盐法；制浆性能中图分类号：TS71+3文献标识码：ADOI：10.11980/j.issn.0254-508X.2018.09.004Abstract：The effects of puffing pretreatment on the fiber morphology， chemical composition and kraft pulping performance of corn stalk were investigated. Results showed that， compared to the corn stalk without unpuffing pretreatment， the cellulose content（nitric acid-ethanol cellulose）of the puffed corn stalk was 39%， increased 20%， while klason lignin（10%）and pentosan（20%）contents were all decreased.The above characteristics were benificial of pulping in a rather mild condition. Finally， a pulp with yield of 42.3%（based on puffed corn stalk）and KMnO4 value of 15.8 was produced under condition of alkali charge of 14%（based on Na2O），sulfidity of 25%，cooking at a maximum temperature of 100℃ for 60 min， and solid to liquid ratio was 1∶6. Under the same cooking condition， compared with the corn straw without puffing pretreatment， the yield of pulp increased by 9.9%， the KMnO4 value decreased by 3.1%， and the tensile index， tear index and burst index respectively decreased by 7.2% and 9.8%， 5.5%.Key words：puffed corn stalk； fiber morphology； kraft pulping； pulping property我国是玉米种植农业大国，每年玉米秸秆的产量可达3.3亿t之多[1-2]。
发酵和酶解共处理玉米秸秆研究
发酵和酶解共处理玉米秸秆研究曲源,王修俊*,孙倩(贵州大学化学与化工学院,贵州贵阳550003)摘要 [目的]探究发酵和酶解共处理玉米秸秆效果。
[方法]利用有效微生物发酵玉米秸秆,并对发酵后玉米秸秆进行酶解。
采用单因素法,考察温度、p H 值、酶与底物比、处理时间对酶解效果的影响。
[结果]发酵和酶解单独处理玉米秸秆,效果均不理想;有效微生物群可以软化秸秆,利于酶解。
在温度为50 、p H 值为4.8、酶与底物比为15g /kg 、处理时间为72h 的条件下,纤维素酶酶解发酵后的秸秆所得总糖有较大幅度提高,还原糖提高较小。
[结论]该研究为玉米秸秆综合利用及饲料开发提供了试验依据。
关键词 有效微生物群;发酵;酶解;玉米秸秆中图分类号 S216.2 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2010)19-10484-02Preli m i nary Study on the Treat ment of Corn Stal k w it h theM ethod of Fer m entati on and Enzy molysis QU Yua n et al (Co llege of Che m istry and Chem i cal Engineeri ng ,Gu i zhou U ni versi ty ,Guiyang ,Gu i zhou 550003)Abstract [Objecti ve]The research on t he treat m ent of corn sta l k w it h the m et hod o f fer mentati on and enz ymo l ysi s was prelm i i nar il y studied i n t he experm i en.t [M et hod]T he corn stalkw as fer m ented by effectivem i croorgani s m and hydrolyzed aft er its fer ment a ti on .The si ng le f actor exper m i ent were used to st udy t he i nfluence of te mperat ure ,p H,rati o o f enz yme substrate ,treat ment tm i e .[R es u lt]The results i nd i cated that the effect of t he i ndi v i dua l trea t m ent of fer m entati on or enzy m ol ysis on corn stal k was unsatisfactory .T he e ffecti ve m icroorganis m could s o f ten the sta l k ,which woul d be he l pf ul f or i ts enz ymolysi s .T he t ota l s ugar was greatl y i ncreased and the reduci ng s ugar was i ncreased i n t he co rn st a l k a fter enzy mo l ysis under t he f o ll ow i ng condi ti ons :t he t empera t ure ,30 ;the p H,4.8;the rati o of enz yme substrate ,15g /kg and the trea t m ent tm i e ,72hours .[Conc l usi on]The experm i ental ev i dence f o r the co mprehensi ve utiliz a ti on o f corn stal k and the devel op ment o f feed w as provided through t he st udy .K ey words E ffecti ve m icroorgan i s m ;Fer mentati on ;Enzymolysis ;Corn stalk作者简介 曲源(1984-),男,山西忻州人,硕士研究生,研究方向:发酵。
氨水预处理玉米秸秆以增强酶的糖化作用
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Abstracts of New Energy Articles 新能源文摘
Aqua-ammonia pretreatment of corn stover for enhancing enzymatic saccharification
氨水预处理玉米秸秆以增强酶的糖化作用
作者：Ruplal Choudhary1, Arosha L. Umagiliyage1, John Haddock2 (1. 南伊利诺伊大学植物、土壤和农业系统系，卡本代尔，伊利诺nzymatic hydrolysis of sunflower hulls for fermentable sugar production
向日葵外壳的预处理与酶法水解生产可发酵糖
作者：Sirinivas R. Kamireddy1, Christopher Schaefer1, Matt Defrese2, John Degenstein3, Yun Ji1 (1. 北达科他大学化学工程系，格兰德福克，北达科他州，美国;
2. 加州州立理工大学波莫纳分校化学与材料工程系，波莫纳，加利福尼亚州，美国; 3. 普渡大学化学工程系, 西拉法耶，印地安纳州，美国) 翻译：吴卓晶 审校：王应宽
摘 要：向日葵是具有广泛适应性的作物，可以生长在不同气温地区。美国在2009年种植了两百万英亩向日葵。在 工业处理过程中，使用脱壳技术产生了大量的向日葵外壳废品。本研究重点通过稀酸预处理和酶法水解将 向日葵壳转化为可发酵糖。未经加工的向日葵壳由(34%±1.1%)β-葡聚糖，(25%±0.95%)的木质素， (27%±1.56%)木聚糖与阿聚糖，(13%±2.5%)的可提取物和一些灰烬组成。首先通过改变三个独立因素对向 日葵壳进行预处理：1) 酸浓度为0.5%-2.0%；2) 反应温度为140-160℃；3) 反应时间为10-30分钟。预 处理后获得的悬浮液分离成液体层和固体层。液体层用高压液相色谱法分析单体糖和低聚糖及抑制剂产物。 固体层用于酶的糖化以将剩余的纤维素β-葡聚糖转化为可发酵糖。结果表明，在液体层中随着酸浓度和反 应温度的升高，获得的木糖产量增加。然而，反应时间延长会导致木糖降解为糖醛。基于实验结果计算出 了木糖产量的二次方程模型。模型预测得到的最大木糖产量是在酸浓度为1.75%，反应温度158℃，20分钟 时达62%。酶糖化作用消化的β-葡聚糖量是在酸浓度为2%，160℃，30分钟时最多，达到53.5%。 关键词：向日葵外壳；预处理；中心组合设计；酶法水解；木质纤维素乙醇；生物燃料 来 源：Sirinivas R. Kamireddy, Christopher Schaefer, Matt Defrese, John Degenstein, Yun Ji. Pretreatment and enzymatic hydrolysis of sunflower hulls for fermentable sugar production. Int J Agric & Biol Eng, 2012; 5(1): 62－70. /index.php/ijabe/article/view/550/430 [20120615]
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。
提高玉米秸秆纤维素酶解率的预处理研究
提高玉米秸秆纤维素酶解率的预处理研究宋金利;李华;石庆华;罗星【摘要】[Objective] Three different pretreatment methods were tested to study the effect on hydrolysis of cellulose from corn stalk . [ Method ] The dilute - acid , dilute - alkali and sodium sulfite anhydrous pretreatment of corn stalk were carried out, followed by cellulose enzymatic hydrolysis. [Result] The results showed that the optimum condition for enzymatic hydrolysis is at temperature of 50％ , pH of 4.8, ratio of solid to liquid1 ∶30,enzyme concentr ation of 2. 7 g/L, and the hydrolysis time of 24 h. Under the optimized condition, the rate of enzymatic hydrolysis on com stalk pretreatment using sodium sulfite anhydrous was 39 .07 ％ , which is four multiple higher than that of corn stalk hydrolysis without pretreatment. [ Conclusion] Pretreatment destroyed the fibrous structureof com stalk significantly. Relative good rate of enzymatic hydrolysis on com stalk can be achieved by sodium sulfite anhydrous pretreatment .%[目的]比较使用不同预处理方法对媒介纤维素水解率的影响.[方法]用稀酸法、稀碱法、亚钠法对玉米秸秆进行预处理,再用纤维素酶对玉米秸秆中纤维素进行水解.[结果]在50℃、pH为4.8、固液比为1:30、酶浓度为2.7g/L、反应时间为24h的条件下,可获得较理想的酶解率.经亚钠预处理后的玉米秸秆,纤维素含量上升最多,酶解率最高,亚钠预处理后的酶解率达到39.07%,是未经处理的秸秆酶解率(9.8%)的4倍.[结论]预处理破坏了玉米秸秆的纤维素结构.采用亚钠法-酶法结合工艺处理玉米秸秆进行纤维素酶解可显著提高酶解率.【期刊名称】《新疆农业科学》【年(卷),期】2011(048)005【总页数】6页(P810-815)【关键词】玉米秸秆;预处理;纤维素;酶解率【作者】宋金利;李华;石庆华;罗星【作者单位】新疆农业大学农学院,乌鲁木齐830052;中国农业大学(烟台),山东烟台2646701;新疆农业大学农学院,乌鲁木齐830052;中国农业大学(烟台),山东烟台2646701【正文语种】中文【中图分类】S188+.30 引言【研究意义】秸秆是一类可再生的纤维类资源,要使其高质化利用必须将其分解。
玉米秸秆膨化加工技术
2023-11-07
目 录
• 玉米秸秆介绍 • 玉米秸秆膨化技术 • 玉米秸秆膨化加工的应用 • 玉米秸秆膨化加工的优势与挑战 • 未来展望与研究方向
01
玉米秸秆介绍
玉米秸秆的种类和分布
种类
玉米秸秆主要包括茎秆、叶片和穗轴等部分，其中茎秆是最 主要的组成部分。
分布
玉米秸秆广泛分布于世界各地，其中以中国、美国、巴西等 国家为主。
玉米秸秆的营养价值
碳水化合物
玉米秸秆中含有大量的纤维素、半纤维素和木质素等碳水化合物 ，这些物质是动物体内不可缺少的营养成分。
蛋白质
玉米秸秆中还含有一定量的蛋白质，其中氨基酸组成较为合理， 接近动物蛋白的水平。
矿物质
玉米秸秆中还含有钙、磷、镁、铁、锌等多种矿物质，对动物的 骨骼和牙齿发育有很好的促进作用。
05
未来展望与研究方向
未来发展方向
提高能源效率
利用先进的膨化技术，提高 玉米秸秆的能源转化效率， 降低生产成本，提高经济效 益。
开发新型膨化设备
针对不同地区的玉米秸秆特 点，研发新型的、高效的、 适应性强的膨化设备，以满 足不同条件下的生产需求。
优化工艺流程
进一步优化玉米秸秆的膨化 工艺流程，提高生产效率， 减少环境污染。
增加动物采食量
膨化加工后的玉米秸秆具有更好 的适口性，可以提高动物的采食 量，促进生长发育。
减少环境污染
通过玉米秸秆膨化加工，可以将其 转化为高品质的饲料，减少废弃物 排放，降低环境污染。
在食品行业的应用
生产新型食品
01
玉米秸秆膨化加工后可以作为一种新型的食品原料，如膨化食
品、膳食纤维等，满足消费者对健康食品的需求。
不同预处理方法对玉米秸秆水解糖化效果的影响_刘娇
３２
程度（ 见图 １） 。其纤维素晶体面的衍射极大峰在 ２θ＝ ２２°附近， 在 ２θ＝１８°附近出现波谷， 为无定形区衍射强 度（ 见图 １ 中 ａ） 。通过蒸汽爆破处理（ 见图 １ 中 ｂ） 部 分破坏了纤维素的氢键， 使纤维素的结晶度发生变 化， 在 ２２°处的衍射峰强度降低， １８°附近的波谷值相 对 增加； 湿 氧 化 处理过程中（见图 １ 中 ｃ）， 除去了部分 木质素， 破坏了木质素对纤维素的包裹作用， 因此在 ２２°处的纤维素结晶峰强度低于蒸汽爆破衍射峰， 纤维 素的结晶区受到破坏。
表 ３ 不同水解方法对纤维素转化率的影响
项目 酶水解 酸水解
ＯＤ５４０ ｎｍ １．２２７ １．７５９
产糖量（ ｍｇ／ｌ） １９７．２８ ２５３．７４
转化率（ ％） ６４．７０ ７２．５２
ａ： 未处理 ｂ： 蒸汽爆破 ｃ： 湿氧化
强度
ห้องสมุดไป่ตู้
ａ
ｂ ｃ
１０ １５ ２０ ２５ ３０ ３５ ４０ ２θ（ °）
图 １ 不同处理方法玉米秸秆的 Ｘ－ ｒａｙ 衍射图谱
３ 结论 利用纤维素生物转化生产生态饲料和肥料是实
现纤维素高值化的研究方向。以玉米秸秆为原料， 经 蒸汽爆破和湿氧化预处理后， 对湿氧化玉米秸秆进行 酸水解和酶水解， 通过化学方法、Ｘ－ 射线衍射分析及 红外光谱分析表明： 湿氧化预处理对提高纤维素转化 率更有效， 更有利于纤维素的水解； 酸水解率高于酶 水解率， 获得可发酵性糖多， 是 酶水 解 的 １．１２ 倍 。为 今 后 在 利 用 玉 米 秸 秆 发 酵 生 产 饲 料 蛋 白 、燃 料 酒 精 和 工业制氢等的研究中， 提供有力数据。
膨化预处理玉米秸秆提高还原糖酶解产率的效果
膨化预处理玉米秸秆提高还原糖酶解产率的效果寇巍;赵勇;闫昌国;李世密;张晓健;张大雷【期刊名称】《农业工程学报》【年(卷),期】2010(0)11【摘要】为了提高玉米秸秆的可发酵还原糖转化率,采用膨化技术对玉米秸秆木质纤维素进行预处理.扫描电镜观察,玉米秸秆的纤维束受到破坏,木质素包裹作用减弱,纤维素酶的空间作用面积提高.红外光谱分析表明有部分半纤维素和少量木质素水解;X射线衍射测定纤维素结晶度降低了12.68%.通过进一步纤维素酶解试验,与未处理的相比膨化处理后原料酶解时间可缩短16 h,未经膨化处理原料还原糖的酶解产率为13.48%,膨化处理后原料还原糖的酶解产率可达24.91%.结果表明,膨化预处理技术可明显提高玉米秸秆木质纤维素的能源化利用效率.该试验为膨化玉米秸秆酶解工艺的进一步研究提供依据.【总页数】5页(P265-269)【作者】寇巍;赵勇;闫昌国;李世密;张晓健;张大雷【作者单位】辽宁省能源研究所,营口,115003;辽宁省能源研究所,营口,115003;辽宁省能源研究所,营口,115003;辽宁省能源研究所,营口,115003;辽宁省能源研究所,营口,115003;辽宁省能源研究所,营口,115003【正文语种】中文【中图分类】S216.2【相关文献】1.水热预处理对不同玉米秸秆糖产率的影响 [J], 郝韶华;孙优善;张典典;黄超;马秀琴2.NaOH/H2O2预处理促进玉米秸秆酶解产糖工艺条件的研究 [J], 柯静;徐春燕;杨娜;张晓昱3.γ射线辐照玉米秸秆预处理对酶解产糖的影响 [J], 唐洪涛;哈益明;王锋4.电解水预处理对玉米秸秆和柳枝稷酶解产糖的研究 [J], 王晓娟;冯浩;李志义5.γ射线辐照与NaOH溶液协同预处理对玉米秸秆酶解产糖率及微观结构的影响[J], 唐洪涛;王锋;李伟明;李安;李彦杰;哈益明因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
蒸汽爆破玉米秸秆提高酶解还原糖产率的研究
1. 概述蒸汽爆破玉米秸秆提高酶解还原糖产率的研究已经成为当前生物质能源研究领域的热门话题。
随着能源危机的不断加剧和对可再生能源的需求增加，生物质能源作为一种清洁能源备受关注。
而玉米秸秆作为一种丰富的生物质资源，在能源开发利用中具有重要的价值。
研究如何高效利用玉米秸秆资源成为当前生物质能源研究的重要课题。
2. 玉米秸秆资源的特点与现状玉米秸秆是指玉米植株的茎、叶和穗等部分，在农业生产中会产生大量秸秆，一般用于饲料或者锅炉燃料。
然而，传统利用方式存在着资源浪费和环境污染等问题，因此需要寻求更加高效的利用途径。
而蒸汽爆破作为一种新型的生物质预处理技术，被广泛应用于生物质资源的转化利用，可以有效提高生物质水解的效率。
3. 蒸汽爆破技术在酶解还原糖产率提高中的应用蒸汽爆破技术通过利用高温高压的蒸汽处理生物质原料，可以破坏生物质的结构和纤维素的结晶度，使得酶解过程更加容易进行。
在玉米秸秆的利用中，蒸汽爆破技术可以有效破解秸秆的纤维结构，使得酶解还原糖产率得到显著提高。
研究表明，采用蒸汽爆破预处理玉米秸秆，可以使酶解还原糖产率提高30以上，从而显著提高生物质能源的利用效率。
4. 个人观点与理解从我个人的角度来看，蒸汽爆破玉米秸秆提高酶解还原糖产率的研究对于生物质能源的可持续发展具有重要意义。
通过对玉米秸秆等生物质资源进行高效利用，可以减少对传统能源的依赖，降低环境污染，推动绿色能源的发展。
蒸汽爆破技术作为一种新型生物质预处理技术，在提高生物质能源利用效率的也为生物质能源产业的发展带来了新的机遇和挑战。
5. 总结蒸汽爆破玉米秸秆提高酶解还原糖产率的研究对于生物质能源的发展具有重要意义。
通过对玉米秸秆等生物质资源的高效利用，可以促进生物质能源产业的可持续发展，为新能源产业的发展做出更多的贡献。
希望未来能够有更多的研究和实践来深入探讨蒸汽爆破技术在生物质能源转化利用中的应用，为推动生物质能源产业的发展做出更大的贡献。
蒸汽爆破玉米秸秆提高酶解还原糖产率的研究
蒸汽爆破玉米秸秆提高酶解还原糖产率的研究在现代农业生产中，秸秆被广泛应用于生物质能源、有机肥料等方面，但其高硬度和难降解性使其处理困难，给环境造成了一定压力。
为了充分利用秸秆资源，提高其利用效率，研究人员开始关注利用蒸汽爆破技术提高酶解还原糖产率的方法。
1. 蒸汽爆破玉米秸秆的原理蒸汽爆破技术是一种常用的生物质预处理方法，其原理是通过高温高压蒸汽对秸秆进行处理，使其纤维结构发生改变，提高其酶解性和还原糖产率。
通过蒸汽爆破处理，秸秆的纤维素和半纤维素得到有效分解，有助于后续的生物转化过程。
2. 蒸汽爆破玉米秸秆提高酶解还原糖产率的研究方法研究人员通过一系列实验，探讨了不同蒸汽爆破参数（包括温度、压力、处理时间等）对玉米秸秆酶解还原糖产率的影响。
实验结果表明，适当的蒸汽爆破处理可以显著提高玉米秸秆的酶解性，从而提高还原糖产率。
3. 蒸汽爆破玉米秸秆在生物能源领域的应用前景蒸汽爆破玉米秸秆提高酶解还原糖产率的研究成果，为生物质能源的高效利用提供了重要技术支持。
利用蒸汽爆破处理后的秸秆制备生物燃料和生物质乙醇，不仅可以降低生产成本，还能减少对传统能源的依赖，对于解决能源资源短缺、减少环境污染具有重要意义。
总结回顾：蒸汽爆破玉米秸秆提高酶解还原糖产率的研究，为了提高秸秆的利用效率，研究人员进行了深入的探讨和实验研究。
蒸汽爆破技术的应用为生物质能源的高效利用提供了重要支持，对于推动农业生产方式的转变具有重要意义。
个人观点和理解：蒸汽爆破玉米秸秆提高酶解还原糖产率的研究是当前生物能源领域的热点研究之一，通过此项研究可以实现资源的最大化利用，提高能源的可持续性。
在知识的文章中详细介绍了这一主题的深度和广度，将不同方面（原理、方法、应用前景）进行了全面的阐述，并且加入了总结回顾和个人观点，以便读者全面、深刻地理解主题。
文章格式使用了序号标注，并多次提及了指定的主题文字“蒸汽爆破玉米秸秆提高酶解还原糖产率的研究”。
膨化预处理对玉米秸秆纤维形态结构及制浆性能的影响
膨化预处理对玉米秸秆纤维形态结构及制浆性能的影响牛司鹏;杨桂花;陈嘉川;王强;吉兴香【摘要】对普通玉米秸秆(未膨化预处理)和膨化预处理玉米秸秆的纤维形态、化学组分进行了分析对比,并对膨化预处理玉米秸秆硫酸盐法制浆性能进行了初步探究.结果表明,与未膨化预处理玉米秸秆相比,膨化预处理玉米秸秆纤维素含量(硝酸-乙醇纤维素39％)增加约20％,酸不溶木素(10％)和聚戊糖(20％)含量均有所降低,这些特性使膨化预处理玉米秸秆更容易蒸煮成浆,提高纸浆得率,减少化学品消耗.在用碱量为14％(以Na2O计),蒸煮温度为100℃,硫化度为25％,保温时间为60 min,液比为1∶6的蒸煮工艺条件下,与未膨化预处理玉米秸秆制浆相比,膨化预处理玉米秸秆的硫酸盐法制浆细浆得率为42.3％(相对于膨化预处理玉米秸秆),提高了9.9％,高锰酸钾值为15.8,降低3.1％,而抗张指数、撕裂指数、耐破指数分别下降7.2％、9.8％、5.5％.【期刊名称】《中国造纸》【年(卷),期】2018(037)009【总页数】6页(P23-28)【关键词】膨化玉米秸秆;纤维形态;硫酸盐法;制浆性能【作者】牛司鹏;杨桂花;陈嘉川;王强;吉兴香【作者单位】齐鲁工业大学(山东省科学院)生物基材料与绿色造纸省部共建国家重点实验室/制浆造纸科学与技术教育部重点实验室,山东济南,250353;齐鲁工业大学(山东省科学院)生物基材料与绿色造纸省部共建国家重点实验室/制浆造纸科学与技术教育部重点实验室,山东济南,250353;齐鲁工业大学(山东省科学院)生物基材料与绿色造纸省部共建国家重点实验室/制浆造纸科学与技术教育部重点实验室,山东济南,250353;齐鲁工业大学(山东省科学院)生物基材料与绿色造纸省部共建国家重点实验室/制浆造纸科学与技术教育部重点实验室,山东济南,250353;齐鲁工业大学(山东省科学院)生物基材料与绿色造纸省部共建国家重点实验室/制浆造纸科学与技术教育部重点实验室,山东济南,250353【正文语种】中文【中图分类】TS71+3我国是玉米种植农业大国，每年玉米秸秆的产量可达3.3亿t之多[1- 2]。
热化学处理对玉米秸秆降解及糖化效果的影响
热化学处理对玉米秸秆降解及糖化效果的影响王平;常娟;刘超齐;尹清强;黄玮玮;王涛;党晓伟;卢富山【摘要】为降低秸秆中木质纤维素含量,提高其营养价值,本研究选择对于动物安全的NaOH、CaO、氨水、双氧水处理试剂对玉米秸秆进行处理.通过正交设计分别对2％ NaOH+CaO、氨水、双氧水进行不同浓度、温度、时间、液固比处理玉米秸秆.结果显示:2％ NaOH+CaO和双氧水处理组中各因素对酶解还原糖得率无显著影响(P＞0.05);氨水浓度对酶解还原糖得率有显著影响(P＜ 0.05).通过单一和复合处理对比,结果表明,以2％ NaOH+CaO+双氧水+氨水+双氧水复合处理玉米秸秆,木质素降解率达79.95％(P＜ 0.05),酶解后还原糖含量达484.61 mg/g干物质.由此表明,碱与双氧水复合处理对提高秸秆营养价值效果显著.【期刊名称】《中国饲料》【年(卷),期】2018(000)021【总页数】7页(P79-85)【关键词】玉米秸秆;热化学处理;酶解;木质纤维素;还原糖【作者】王平;常娟;刘超齐;尹清强;黄玮玮;王涛;党晓伟;卢富山【作者单位】河南农业大学牧医工程学院,河南郑州450002;河南农业大学牧医工程学院,河南郑州450002;河南农业大学牧医工程学院,河南郑州450002;河南农业大学牧医工程学院,河南郑州450002;河南农业大学牧医工程学院,河南郑州450002;河南农业大学牧医工程学院,河南郑州450002;河南德邻生物制品有限公司,河南新乡453000;河南普爱饲料股份有限公司,河南周口466000【正文语种】中文【中图分类】S816.7秸秆木质纤维素作为结构性碳水化合物是自然界存在的数量巨大的可再生资源，富含丰富的纤维素和半纤维素（Ravindran等，2016）。
然而，因缺乏有效的处理方法，大部分秸秆资源都作为废弃物被焚烧或埋置于农田。
秸秆中的纤维素和半纤维素可以通过微生物发酵和酶解转化成葡萄糖单体、乙醇、糠醛、动物饲料、能量和其他化学原料（Zu等，2014；Gregg等 1996）。
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０引 言
农作物秸秆的主要成分为纤维素、半纤维素和木质 素，三者占秸秆总量的８０％，其中纤维素占３０％～４０％， 半纤维素占２５％～３０％，木质素占１０％～１５％。自然条件 下，天然植物秸秆中的纤维素、半纤维素和木质素都是 性质稳定的高聚物，很难溶于水、稀酸、稀碱和一般有 机溶剂。三组分结构复杂，彼此关联，共同构成植物秸 秆的结构主体。纤维素和半纤维素链内和链间主要是通 过氢键连接，而木质素内部除了有强大的氢键连接外， 还与半纤维素形成稳定的木质素．碳水化合物复合体。纤 维素、半纤维素和木质素相互交织的结构决定了任何一 类成分的降解必然受到其他成分的制约，如木质素对纤 维素和半纤维素酶解过程的空间位阻作用【ｌ五Ｊ。由于农作 物秸秆的化学结构和性质的不同，难以直接利用，只有 通过破坏或者改变部分结构才能实现ｐ】。因此，木质纤维 原料的预处理技术成为解决秸秆高效利用中的重要手段。
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２—６８１９．２０１０．１１．０４６
中图分类号：ｓ２１６．２
文献标志码：Ａ
文章编号：１００２—６８１９（２０ｌＯ）＿１１一０２６５～０５
寇巍，赵勇，闫昌国，等．膨化预处理玉米秸秆提高还原糖酶解产率的效果［Ｊ］．农业工程学报，２０１０，２６（”）：２６５—２６９．
纤维素结晶部分占纤维素总质量的百分比即纤维素 的结晶度【ｌ３１。利用ｘ射线衍射法，以结晶度为５０％的标 准谱图作为参比，将待测样品粉末从ｌＯｏ～３０。Ｘ射线扫 描，然后根据Ｓｅｇａｌ公式计算结晶度。图４为膨化处理 后与未膨化处理样品的ｘ射线衍射图，从图中可看出， 在２ｐ衍射角的１６０、２２。和２７。处有３个衍射峰都发生了 变化，这说明在爆破处理过程中有部分结晶区变为无定 形区。经ｓｅｇａｌ公式计算得出，未膨化的玉米秸秆结晶 度为１２．１４％，膨化后为１０．６０％，由此可以看出玉米秸秆 经膨化后纤维素的结晶度降低了１２．６８％。
农业工程学报
２０１０年
２．５．２玉米秸秆还原糖酶解转化试验 将经过膨化预处理后的玉米秸秆与未经膨化处理的
玉米秸秆原料进行酶解产还原糖试验。经过纤维素酶进 一步的水解作用试验，其还原糖产率的变化趋势由图６ 所示。可以看出，膨化处理后还原糖转化完成时间比未 处理原料缩短１６ ｈ左右，每ｌｏｏ ｇ秸秆还原糖产率为 ２４．９ｌ％，较未经处理原料的１３．５７％提高８３．５７％。水解转 化率的提高，证明了经膨化处理后酶作用可及性增加了。
ｍ，Ｏ 还原糖
纤维素
半纤维索
术质素
Ｆｉｇ．３
图３膨化处理前后还原糖质量分数比较
ｂｅｔ、Ⅳ咖ｅｘｐａＩｌｄｅｄ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｓｕｇａｒ ｃｏｎｔｃｎｔ
ｓ臼？ａｗ ａｎｄ ｒ：１ｗ ｓｎ．ａｗ
质素质量分数由１８．４３％降低至１７．２８％，而纤维素的质量 分数却由３８．６４％升高到４５．３２％。说明膨化预处理主要破 坏的是半纤维素和木质素，由于木质素结构为芳香族环 状化学物，其破坏后不能够直接转变为还原糖。而半纤 维素由于其结构是同时含有五碳糖和六碳糖的杂多糖， 断裂后可部分转变为还原糖，表明膨化后还原糖的增加 是由半纤维素转化而来的。 ２．４膨化处理后秸秆结晶度的去除率
和少量木质素水解；ｘ射线衍射测定纤维素结晶度降低了１２．６８％。通过进一步纤维素酶解试验，与未处理的相比膨化处 理后原料酶解时间可缩短１６ ｈ，未经膨化处理原料还原糖的酶解产率为１３．４８％，膨化处理后原料还原糖的酶解产率可达
２４．９ｌ％。结果表明，膨化预处理技术可明显提高玉米秸秆木质纤维素的能源化利用效率。该试验为膨化玉米秸秆酶解工 艺的进～步研究提供依据。 关键词：秸秆，膨化，纤维素，木质纤维素，预处理，还原糖，酶解产率
将膨化处理Ｉｊ｛『后样品分别采用美国Ｎｉｃｏｌｅｔ ５６０型傅 立叶变换红外光谱议进行分析，ＫＢｒ压片，扫描范围 ４ ０００～４５０ｃｍ～。
２结果与分析
２．１ 膨化处理前后扫描电镜图像 粉碎玉米秸秆与经膨化处理后乇米秸秆的扫描电镜
观察见图ｌ，可以看出，粉碎玉米秸秆成纤维束状且表面 光滑，个体结构紧密，表现出明显的机械剪应力作用后 形态。经膨化预处理后原料，纤维变得蓬松、柔软，表 面呈明显的沟壑与细纤维化现象，可见木质纤维的包覆 结构有一定的破坏【９Ｊ。这种膨化后的结构将提高纤维素酶 的可及性，有利于下一阶段酶解的进行。
ｗｂｉ，‰Ｙｂｎｇ，Ｙａｎ Ｋｏｕ
Ｃｈａｎｇｇｕｏ，ｅｔ ａ１．（ｂｍ ｓ仃ａｗ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ班ｅｔｒｅａｔｍｅｍ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ａｌｚｙｍｏｌｙｓｉｓ ｒｅｄｌｌｃｉｎｇ ｓｕｇ盯ｙｉｅｌｄ［Ｊ】．
Ｔｒ锄ｓａｃｔ“∞ｓ ｏｆｔｈｅ ＣＳＡＥ，２０ｌＯ，２６（１１）：２６５—２６９．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ诵ｔｈ Ｅｎｇｌｉｓｈ ａｂｓｎａｃｔ）
仪（Ｆ１ｗＥ６，ⅦＬＰ）、扫描电子显微镜（ＳｓＸ－５５０，
Ｓｈｉｌｍｄｚｌｌ）、Ｘ射线衍射仪（Ｐｗ３０４０，Ｐ锄ａｌｙｔｉｃａｌ．Ｂ．Ｖ）、 傅立叶红外光谱仪（Ｓｐｅｃｔｌｌ皿１００，Ｐｅｒｌ（ｉｎＥｌｍｃｒ）、烘箱 （ＹＸＱＧＯｌ，上海精宏实验设备有限公司）、马福炉
（Ｓｘ一５．１２，上海洪纪仪器设备有限公司）、电热恒温水浴
第２６卷 第１１期
２０１０年
１１月
农业工程学报
Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｆｔｈｅ ＣＳＡＥ
、，０１．２６ Ｎｏ．１ｌ Ｎｏｖ．２０１０
２６５
膨化预处理玉米秸秆提高还原糖酶解产率的效果
寇巍，赵勇，闫昌国，李世密，张晓健，张大雷※
（辽宁省能源研究所，营口１１５００３）
摘要：为了提高玉米秸秆的可发酵还原糖转化率，采用膨化技术对玉米秸秆木质纤维素进行预处理。扫描电镜观察， 玉米秸秆的纤维束受到破坏，木质素包裹作用减弱，纤维素酶的空间作用面积提高。红外光谱分析表明有部分半纤维素
１材料与方法
１．１试验材料 玉米秸秆取自辽宁省营口市城郊，挑选干净样品去
根干燥后，分别经粉碎机与膨化机处理后备用。 纤维素酶购自枣庄市凯特生物化工有限公司，酶活
为２００００Ｕ倌。 １．２试验设备
粉碎机（黄华县齐家务科学仪器厂）、秸秆膨化机（辽 宁省能源研究所，ＬＮＳＮＹＳ—Ｐ０１）、紫外可见分光光度计 （ＬｒＶ－１６０１，北京北分瑞丽分析仪器公司）、粗纤维测定
常规的物理法能耗高、木质纤维素结构没有明显变 化而不利于后续水解过程；化学法效率高，但设备腐蚀 和环境污染严重；单纯的生物法还存在纤维素酶活性低， 纤维素酶难以直接作用于纤维素酶解位点等问题而影响 实际应用。因此，研究能耗低、可以使木质素和纤维素、 半纤维索结构分离并使纤维素聚合度下降的物理法连续
收稿日期：２０１０－０３－０２ 修订日期：２０１０．０５．１３ 基金项目：国家“８６３”专题课题（２００９ＡＡｌＯＺ“８３６９０） 作者简介：寇巍（１９８ｌ一），男，辽宁沈阳人，主要研究方向为沼气和纤 维寨乙醇技术。营口 辽宁省能源研究所，１１５００３。Ｅｍａｉｌ：ｋｏｕｗｅｉ６＠１２６．ｃ锄 ※通信作者：张大雷（１９６３一），男，辽宁营口人，研究员，博士，博士生 导师，研究方向为生物质能应用技术。营口辽宁省能源研究所，１１５００３．
万方数据
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农业工程学报
２０ｌＯ年
锅（天津市泰斯特仪器有限公司）、调温调湿培养箱（天 津市试验设备厂）、电子天平（ＢＳ２２３Ｓ，ＳａｎｏｎｕＳ）。 １．３试验内容与方法 １．３．１玉米秸秆预处理
玉米秸秆粉碎处理：将干燥玉米秸秆经粉碎机处理， 成直径１～２ ｎｕｎ原料颗粒。
玉米秸秆膨化处理：玉米秸秆切段成５～１ ０ ｃｍ，按 原料与水质量比１：３加水浸湿过夜，后经膨化机膨化处理。 １．３．２ 玉米秸秆产还原糖酶解试验
但仍有较明显纤维木质结构。而经膨化后原料由于提高 纤维素酶的可及性，使得纤维素酶将原料内部纤维素充 分水解，从而形成许多大孔洞。这说明经膨化处理后的 玉米秸秆更加适用于经生物处理的能源转化【１４】。
万方数据
图５粉碎与膨化预处理后酶解效果对比
Ｆｉｇ．５ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｅｎｚｙｍｏｌｙｓｉｓ ｒｃ‘；ｕｌｔ ｂｅｔｗｅ朗ｅｘｐ锄ｄｅｄ咖ｗ觚ｄ ｃｍｓｈｅｄ ｓ劬阿
３６００
６００
越ｌ
越
疆
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４００
２０ ３０ ４０ ５０ ６０ ７０ ８０ 衍射角２口／（。）
ａ．结晶度为５０％的标准样品的ｘＲＤ圈谱
０
２０ ３０ ４０ ５０ ６０ ７０舳 符亍射角２口／（。）
ｂ．膨化处理前玉米秸秆的ｘＲＤ图谱
２０ ３０ ４０ ５０ ６０ ７０∞ 衍射角２口／（。）
ｃ．膨化处理后玉米秸秆的ｘＲＤ图谱
Ｅｍａｉｌ：ｄａｌｅｉｚｌ蛐ｇ＠１６３．锄
预处理技术对促进纤维素乙醇技术的发展具有一定的实 际应用意义卜５１。
膨化技术是结合了物理与生化的复合效应，依靠浸 湿秸秆与膨化机挤压腔中螺套擘及螺杆之间的相互挤 压、摩擦作用，产生高温水蒸汽和压力，当秸秆被挤出 喷嘴后，压力骤然下降，从而使秸秆体积膨大的工艺操 作【６Ｊ。膨化预处理目的是解除秸秆中木质素对纤维素和半 纤维素的包裹以及致密的纤维素结晶区结构，使原料的 物理结构发生变化，增加对微生物和酶的可及性，提高 底物的利用率，降低秸秆转化利用过程中的技术处理难 点，从而根本上节约秸秆利用过程中的技术成本【Ｊ卜引。本 文采用膨化技术处理玉米秸秆，对处理后的原料进行成 分与结构分析对比，并通过纤维素酶解试验，探讨膨化 技术对玉米秸秆转化利用的效果。
未经膨化的玉米秸秆及膨化后玉米秸秆的红外光谱 分析图谱见图２。未膨化玉米秸秆（波线１）在１ ７３６ ｃ酊１ 处的吸收峰为羧基基团，膨化处理后峰值明显变小，说 明大部分半纤维素在高压下发生脱乙酰化作用，半纤维 素由于其自身的低聚合度易受到破坏而发生降解【１１１。在 纤维原料的红外光谱中，争Ｄ－葡萄糖苷的特征峰为８９７ ｃｍ－１处的吸收峰，膨化后该峰强度略有减小，说明在膨 化前后纤维素结构中糖苷键稍有破坏但不明显。从木质 素的特征峰ｌ ５ｌＯ和ｌ ６００ ｃＩＴｌｌ处的峰值来看，两吸收峰 似乎变化不明显，但其相对吸收强度有一定减弱，证明