木质纤维原料的汽爆-乙醇法预处理底物特性及其对酶解效率的影响机制

原料的预处理是利用木质纤维资源生产燃料乙醇的必然步骤和关键技术之一，因此，对预处理技术及其对下游酶解的影响机制的研究是纤维素乙醇研究领域的迫切课题。理想的木质纤维原料预处理技术是既能分离木质纤维原料中的三大组分，以实现各组分最大可能的利用，又能提高纤维素酶解底物的易酶解性。因此，多种预处理技术的组合，相互取长补短，是木质纤维原料预处理可行的途径。本课题以典型的木质纤维原料麦草为研究对象，采用汽爆-乙醇法预处理，以期有效的分离木质纤维原料的各组分；并通过对纤维素底物中残余木质素和半纤维素含量和物理化学特性分析，对汽爆-乙醇法特性底物的酶水解性能进行评价；并建立底物的酶水解机制模型，以期探讨底物特性和酶水解性能的内在联系。本研究的目的是理清预处理、底物特性以及酶解性能三者的关系和相互作用机制。预期的研究成果将对木质纤维原料制备燃料乙醇的预处理和酶水解过程有着普遍的的理论价值和实践指导意义。

木质植物纤维原料生物转化法制备燃料乙醇，主要是利用原料中的纤维素部分。原料经预处理后，用纤维素酶将纤维素转化成葡萄糖，再进一步发酵生成乙醇。为了提高纤维素水解率，必须进行预处理。.本课题采用汽爆-乙醇法预处理典型木质纤维原料，通过分析底物物理化学特性，对具有不同特性底物的酶水解性能进行了评价；探讨了底物特性和酶水解性能的内在联系，研究了预处理条件和强度、底物特性以及酶解性能三者的关系和相互作用机制。同时通过与蒸汽爆破法、乙醇法预处理进行对比，对不同预处理方法进行了评价和研究。.本课题研究了汽爆乙醇法预处理工艺对杨木预处理底物化学与物理性质的影响。通过对比最优条件下酸催化乙醇法、蒸汽爆破法和稀酸蒸汽爆破法预处理后的底物纤维素、木质素含量，红外光谱、结晶度指数、纤维长度和聚合度发现：汽爆乙醇法预处理方法都使纤维素有少量降解，木质素分子结构受到了破坏，部分木质素和大部分半纤维素脱除，蒸汽爆破-乙醇法预处理底物更适用于酶水解工艺的研究。.本课题还进行了酸催化乙醇法、蒸汽爆破预处理的研究，并利用响应曲面法进行优化，建立相应的原料特性与预处理条件之间的数学模型，定量描述酸催化乙醇法、蒸汽爆破法预处理工艺条件与纤维素回收率、结晶度指数、木质素含量等指标的内在联系，优化出酸催化乙醇法的最优预处理条件，并对比了两种预处理方法的特点。.本课题通过响应曲面法实验对蒸汽爆破法和汽爆-乙醇法预处理过程进行优化，建立相应的预处理底物特性与预处理条件之间的数学模型，定量描述蒸汽爆破法、汽爆-乙醇法预处理工艺条件与所得底物中纤维素含量、综纤维素含量、木质素含量、结晶度等指标的内在联系。优化出蒸汽爆破法的最优预处理条件..本课题通过响应曲面法实验对有机溶剂预处理过程进行优化，可以发现乙醇浓度、反应时间、反应温度、催化剂用量以及这些因素之间的交互作用对预处理结果均有显著的影响。在杨木原料的有机溶剂法预处理过程中，杨木浆料的结晶度与聚合度也得到了改变。