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生物质资源的合理开发和利用是缓解当前能源和环境危机的有效方式,是未来社会经济发展的依托,对于人类社会的可持续发展具有重要意义。木质纤维是世界上最丰富的可再生生物质资源,如何将其转化为高价值的能源和化工产品是当前研究的重点。将木质纤维水解转化为可发酵糖,是整个利用过程中的关键。本文开展了草类木质纤维原料高效转化为可发酵糖的研究,以期为未来木质纤维资源的有效利用提供进一步的理论依据。
本文首先研究了漂白和未漂白亚硫酸盐蔗渣浆的纤维素酶水解过程,探讨了影响水解的各种因子,分别得到了两条最大得率的工艺方法,发现同等条件下漂白浆的水解得率要低于未漂浆。在对水解液成分进行离子色谱分析后发现,纤维二糖在水解过程中的浓度有一个先快速增加后逐渐减弱的过程。原料水解前后的结构分析表明,纤维素酶易作用于纤维底物的无定形区,引起结晶度的升高,同时结晶区也会受到一定程度的破坏。
同时,根据米氏动力学方程,考虑底物结构变化、产物抑制和酶吸附的因素,建立了一个动力学方程模型,并通过亚硫酸盐浆的水解实验证明此模型可以较好的反应纤维素底物酶水解过程的动力学变化。通过拟合方程的参数分析,得出与水解相关的有效底物浓度要小于所加底物的浓度。
此外,以麦草为原料,尝试探索了一种新的沸石型固体催化剂制浆方法,并进行了成浆酶水解研究。研究发现成浆的酶水解得率相对不高,推测可能由于木素沉积的原因。在蒸煮得到的黑液中通过离子色谱发现含有乙酰丙酸和甲酸成分。