低强度logRo(1.2-2.8)蒸汽爆破木质纤维结构表征及转化乙醇基础研究

利用木质纤维制备乙醇是解决乙醇原料来源和调整能源结构的主要途径之一，但其结构阻碍了反应可及性和转化效率，因此需对原料进行预处理。蒸汽爆破处理因过程简单、成本低等被认为是理想的预处理方法。目前蒸汽爆破在较高强度（logRo>3.25）下进行，存在着有效物质回收率较低、产生发酵抑制物、能耗大和设备要求高等缺点。本项目拟在logRo(1.2-2.8)低强度下开展蒸汽爆破木质纤维产物结构表征、反应动力学和转化乙醇基础研究。低强度蒸汽爆破预处理木质纤维既可有效减少抑制物和有效物损失,又可降低能耗及设备要求。通过对反应产物结构鉴定和定量研究，揭示预处理作用机理，建立木质纤维低强度蒸汽爆破反应动力学模型，并进行纤维乙醇SSF和SHF过程同步表征基础研究。尽管目前已有相关生物质蒸汽爆破预处理的研究和应用，但课题开展低强度蒸汽爆破反应机理，并将低强度蒸汽预处理与乙醇转化过程耦合优化的基础研究尚属首次。

利用木质纤维制备乙醇是解决乙醇原料来源和调整能源结构的主要途径之一，但其结构阻碍了反应可及性和转化效率，因此需对原料进行预处理。蒸汽爆破处理因过程简单、成本低等被认为是理想的预处理方法。目前蒸汽爆破在较高强度（logRo>3.25）下进行，存在着有效物质回收率较低、产生发酵抑制物、能耗大和设备要求高等缺点。本项目在低强度下开展了蒸汽爆破木质纤维产物结构表征、反应动力学和转化乙醇基础研究。低强度蒸汽爆破预处理木质纤维既可有效减少抑制物和有效物损失,又可降低能耗及设备要求。.以胡枝子茎秆为原料，先进行低强度蒸汽爆破（1.25 MPa，4 min），再使用碱性过氧化氢脱除木质素。1.25 MPa，4 min蒸汽爆破对胡枝子原料化学组分的改变并不明显，除半纤维素发生明显的降解外，纤维素、木质素和抽提物的含量并没有发生大的改变。细胞壁结构在蒸汽爆破之后发生少量的破损，但纤维之间的粘结依旧很紧密，纤维素的可及度不高。在随后的过氧化氢处理中，通过控制底物浓度、过氧化氢用量、温度、反应时间和乙醇用量等因素考察反应条件对木质素脱除量的影响。三组过氧化氢脱木素处理，分别得到木质素含量为15%、10%和5%的物料，其酶水解后葡萄糖产量分别为431.8、491.2和432.6 mg/g 原始原料。随着木素脱除程度的增加，纤维素组分的结晶度上升，聚合度下降，细胞壁结构变得疏松。.绿色木霉在蒸汽爆破胡枝子、滤纸、微晶纤维素、羧甲基纤维素钠为底物的四种培养基中生产的纤维素酶在相同条件下水解蒸汽爆破胡枝子的糖化率分别为17.22%，10.63%，9.55%和10.27%。结果表明用蒸汽爆破胡枝子培养菌株分泌的纤维素酶对该原料有更好的降解能力，且底物残渣纤维的结晶度、聚合度以及扫描电镜分析可以更好的说明纤维素酶对底物的作用效果。与其他菌株相比，绿色木霉所产纤维素酶对蒸汽爆破胡枝子的原料、综纤维素、纤维素的糖化率最高，分别为32.42%，72.27%，90.09%。绿色木霉纤维素酶对底物的糖化率最高是因为其酶系的协同作用最好，酶与底物之间的吸附解吸效率最高、有效吸附能力最强，更适合用于水解预处理过的木质纤维原料。纤维乙醇联产化学品拓展研究方面开展了酵母促进糠醛渣纤维素酶水解研究，糠醛渣乙醇和乳酸共发酵工艺研究，以及木质素含量对糠醛渣同步糖化发酵生产乙醇的影响研究，为纤维乙醇的工业化生产提供了依据。