能源植物芒草細胞壁結(jié)構(gòu)組成與糖化發(fā)酵關(guān)系的研究.pdf

1、作為重要的化石燃料部分替代品，纖維乙醇具有資源豐富、可再生和清潔高效等特點，是一種重要的綠色能源。植物細胞壁的抗降解屏障使纖維乙醇的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展受到轉(zhuǎn)化工藝和生產(chǎn)成本等因素的制約。研究細胞壁結(jié)構(gòu)特征并針對性地破解其抗降解屏障，能夠提高生物質(zhì)利用效率，促進纖維乙醇產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
　　本研究通過對芒草材料進行預處理、酶解和發(fā)酵實驗，研究預處理液中副產(chǎn)物對糖醇轉(zhuǎn)化的影響，并對細胞壁組分在芒草降解轉(zhuǎn)化中的作用進行探討。
　　通過對細胞壁

2、組分差異明顯的3組芒草材料進行酸堿預處理，并對預處理上清液中13種主要副產(chǎn)物進行檢測，結(jié)果顯示預處理上清中各副產(chǎn)物濃度差異較大，其中酸處理上清中乙酸和呋喃醛類物質(zhì)濃度較高，而堿處理上清中芳香類化合物尤其是對香豆酸和阿魏酸的濃度較高。對上清液進行補糖發(fā)酵，酸處理上清液糖醇轉(zhuǎn)化效率高于堿處理。相關(guān)性分析顯示，糖醇轉(zhuǎn)化效率與5-HMF表現(xiàn)為極顯著正相關(guān)，而與香草醛、丁香酸呈顯著負相關(guān)。
　　向預處理上清液或培養(yǎng)基中加入單一副產(chǎn)物進行補糖

3、發(fā)酵，結(jié)果顯示4-羥基苯甲醛、香草醛、丁香醛、4-羥基苯甲酸、香草酸等能夠使糖醇轉(zhuǎn)化效率顯著或極顯著降低，而以糠醛為代表的呋喃醛類可以使糖醇轉(zhuǎn)化效率顯著或極顯著升高，與相關(guān)性分析數(shù)據(jù)一致。多種物質(zhì)加入培養(yǎng)基中發(fā)酵對糖醇轉(zhuǎn)化的抑制作用無累加效應，而糠醛的加入能夠降低芳香類副產(chǎn)物的抑制作用。
　　對1組半纖維素含量差異顯著的3個芒草材料進行不同濃度一步法、兩步法酸堿預處理和酶解實驗。隨著芒草材料半纖維素含量的升高，纖維素酶解效率和總糖

4、產(chǎn)量呈上升趨勢。各種預處理中，4％ NaOH、2％ NaOH+1％ H2SO4分別是酶解效率和總糖產(chǎn)量最高的一步法、兩步法預處理。預處理殘渣成分分析顯示隨著原材料半纖維素含量升高，殘渣中半纖維素和木質(zhì)素的提取率相應升高;酸處理高效提取半纖維素，堿處理高效提取木質(zhì)素，而兩步法能夠同時高效提取半纖維素和木質(zhì)素。對芒草材料進行高固液比預處理和半同步糖化發(fā)酵實驗，纖維素酶解效率和總糖產(chǎn)量規(guī)律與前述一致，乙醇產(chǎn)量與酶解產(chǎn)糖規(guī)律一致，發(fā)酵殘渣中半纖

5、維素和木質(zhì)素的提取規(guī)律與預處理殘渣一致。預處理上清補糖發(fā)酵時，兩步法預處理上清的糖醇轉(zhuǎn)化效率明顯低于一步法。
　　對3個芒草材料預處理殘渣成分與纖維素酶解效率進行相關(guān)性分析，預處理過程中半纖維素含量變化與纖維素酶解效率沒有相關(guān)性，而殘渣中木質(zhì)素含量與纖維素酶解效率表現(xiàn)為極顯著負相關(guān)、木質(zhì)素在預處理過程中的提取量或提取率與酶解效率表現(xiàn)為極顯著正相關(guān)。與此同時，木質(zhì)素在預處理過程中的提取量或提取率與纖維素結(jié)晶度在預處理過程中的增加量或