【正文】 59%。這對于纖維素酶的進一步研究有很大的參考價值 [17]。 邵震宇等人通過對 纖維素酶在制漿造紙工業(yè)中的應(yīng)用的研究。 對纖維素酶、酶解作用機理及其反應(yīng)條件做了簡述。同時，對于纖維素酶在制漿造紙工業(yè)中的發(fā)展 應(yīng)用情況做了詳細的介紹，包括酶法廢紙脫墨，纖維的酶改性，酶促打漿及紙張性能的改進等 [18]。 張木明等人 [19]通過對麥草不同的預(yù)處理方式，研究了麥稈 纖維素酶解產(chǎn)糖及纖維素木質(zhì)素含量的影響因素。 采用酸處理、堿處理和機械粉碎 三 種預(yù)處理麥草預(yù)處理方式。實驗表明。 三 種不同的預(yù)處理方式都可以有效的提高麥稈的酶解產(chǎn)糖率。經(jīng)過不同的預(yù)處理后，麥稈的最高酶解產(chǎn)糖率分別為 %， %和%分別約為對照的 、 。 荊磊 等人 [20]研究了稻草自水解效率的影響因素及酶活性的影響因素 。在100~140 ℃ 條件下，較少量的增加了各種聚糖得率，在 160 ℃ 下自水解條件下，很明顯的增大了各種聚糖得率，尤其是葡聚糖的得率，增大的幅度最明顯。由此表明，在此條件下纖維素酶水解的效率很高。經(jīng) 160 ℃ 自水解預(yù)處理的稻草在 40 FPU/g 混合酶用量下， 葡聚糖 和木聚糖的總轉(zhuǎn)化率大約在 68%和 45%，總糖轉(zhuǎn)化天津科技大學 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 5 率能夠達到 60%。 第五節(jié) 生物質(zhì)乙醇的發(fā)展展望 由于目前乙醇原料（如玉米）的價格將會增加，木質(zhì)纖維素材料必然會成為生產(chǎn)二次乙醇的唯一可行候選者。到目前為止，還是有大量的麥稈在當作燃料提供和浪費， 這也導(dǎo)致拿它作 生產(chǎn)乙醇的原材料的價格一直下不去。盡管對于利用木質(zhì)纖維素生產(chǎn)乙醇的技術(shù)不斷的提升，但是在過去的幾十年時間里，第二代乙醇的價格仍然很高，每加侖 美元。如此高的價格是因為在生產(chǎn)乙醇的各個工段中都有一些技術(shù)障礙問題存在。 預(yù)處理過程占總成本的 33%左右。目前比較先進的對于木質(zhì)纖維材料預(yù)處理的方法是資本密集型的。研究經(jīng)費比較表明，很少有研究預(yù)處理不同方法之間的區(qū)別，預(yù)處理的成本較低但是催化劑或者回收乙醇的成本也上去了。發(fā)展現(xiàn)在較少使用的能量密集型和更有效的預(yù)處理方法，是較低酶加入也可以水解，大 大降低生產(chǎn)乙醇的成本。下一個需要突破的重大技術(shù)問題就是酶的成本問題。加大合作和投資，能夠切實的提高酶的有效性，開發(fā)高固處理的新技術(shù)就能更把酶的成本降低數(shù)倍。 此外，改善發(fā)酵己糖和戊糖的工序，也可以實現(xiàn)經(jīng)濟的乙醇生產(chǎn)。一般常用的工業(yè)微生物，釀酒酵母，是不能夠直接轉(zhuǎn)化戊糖的。只有少數(shù)的細菌、酵母菌和真菌才能夠直接把戊糖轉(zhuǎn)化成乙醇，達到滿意的產(chǎn)率。厭氧細菌發(fā)酵木糖產(chǎn)出乙醇的產(chǎn)量低，所以禁止在較低的糖和乙醇濃度中使用。天然木糖發(fā)酵的酵母如畢赤物酵母不能在有毒化合物預(yù)處理過程中進行。來真菌通常因為太慢不適合工業(yè)生產(chǎn)。 現(xiàn)在高效混合發(fā)酵也運用了代謝工程的概念。一些重組的細菌，酵母菌如大腸桿菌，產(chǎn)酸克雷伯菌，釀酒酵母都顯示出了可喜的成果，并正在考慮用于商業(yè)化生產(chǎn)。但是，由于這個菌株不是傳統(tǒng)的酵母菌，能不能投入生產(chǎn)還要取決與幾個技術(shù)問題，包括能夠生產(chǎn)大規(guī)模乙醇的生物 儀器，能夠?qū)崿F(xiàn)有菌狀態(tài)下也能生產(chǎn)，對抑制劑有良好的適應(yīng)性。 在最近一年中，木質(zhì)纖維素的生物治煉也已經(jīng)引入了清潔、高效、經(jīng)濟可行等概念?，F(xiàn)代的生物治煉相當于石油精煉廠一樣的存在，有這高價值的部件，能運輸和直接轉(zhuǎn)化燃料，是一個工廠般的存在。 麥稈可以轉(zhuǎn)化成各種高價值的臘 制品以及一些能源和化工產(chǎn)品。千萬噸的天然的蠟具有廣泛的工業(yè)用途包括化妝品，個人護理品，拋光機和涂料。通過進一步的降低酶水解的成本，發(fā)展現(xiàn)代技術(shù)，如規(guī)劃新的乙醇工廠流程，在不久的將來，第二代乙醇毫無疑問會和汽油有著一樣舉足輕重的位置。 第六 節(jié) 研究的目的、意義與主要內(nèi)容 天津科技大學 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 6 我國是一個農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)作物纖維下腳料如稻桿、麥稈、玉米秸稈等十分豐富，估計每年產(chǎn)量為 7 億噸，而這些可再生資源除少量用于飼料、紡織、造紙等行業(yè)外，大部分被白白浪費掉，甚至造成環(huán)境的污染。在麥稈中，纖維素成分占約 33%~38%，半纖維素成分 占約 26%~32%。因此，如何充分利用麥稈中的纖維素和半纖維素是實現(xiàn)生物量充分利用的關(guān)鍵。本論文研究如何采用更高效的方法把麥草轉(zhuǎn)化成葡萄糖。不僅能夠緩解溫室效應(yīng)及保護環(huán)境，從長遠意義上來說，對于人類社會的進步和發(fā)展 起 促進作用。 我國是一個人口大國，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，能源問題日益突出，生物質(zhì)能是一種潔凈的可再生能源，同時，以乙醇作為燃料不會引起二氧化碳的劇烈增加。利用生物質(zhì)轉(zhuǎn)化生產(chǎn)燃料乙醇是一項對國民經(jīng)濟和社會發(fā)展有著重要戰(zhàn)略意義的舉措。因此，充分利用農(nóng)作物秸稈等生物質(zhì)資源，不僅可以緩解日益匾乏的能源和環(huán)保的壓 力，也是關(guān)系到人類社會可持續(xù)發(fā)展的重大問題 [22]。 本設(shè)計研究了三種不同方式的預(yù)處理（稀硫酸、氫氧化鈉、有機溶劑）對麥草后續(xù)酶水解的影響。通過對于三種不同預(yù)處理后麥草酶水解率和空白樣酶水解率之間的對比，考慮生產(chǎn)的實際情況， 選擇適當?shù)念A(yù)提取工藝條件，并在 CTMP制漿流程的基礎(chǔ)上，設(shè)計一種能夠?qū)崿F(xiàn)麥草高效酶水解的工藝流程，并繪制工藝流程簡圖，進行漿水平衡計算。 天津科技大學 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 7 第二章 實現(xiàn)麥草高效酶水解預(yù)處理條件的選擇及優(yōu)化 第一節(jié) 實驗方案 一、 基本思路： 本設(shè)計是在化學法制漿之前 增加預(yù)處理段，先將半纖維素以聚糖或單糖的形式提取出來。在預(yù)處理段， 對麥草進行時間、溫度不同的預(yù)處理。然后，基于化學機械制漿平臺，實現(xiàn)麥草纖維的分離，并借助生物酶水解實現(xiàn)麥草向可發(fā)酵的單糖的轉(zhuǎn)化?；趯嶒炇已芯縼碓O(shè)計一種麥草高效酶水解工藝流程。 二、研究方法： （一）在實驗室條件下，麥草進行預(yù)處理、磨漿等處理，然后將其通過酶水解轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵的單糖。 （二）分析、檢測提取液中的糖類組分，酶水解液中的糖類組分，計算酶水解效率。 （三）進行工藝流程設(shè)計。 第二節(jié) 原料、藥品與儀器 一、 原料 本設(shè)計中所用原料為麥 草，從天津本地獲得，其化學組分 見 表 21。 表 21 麥草原料的化學組分 綜 纖維素 （ %） 聚戊糖 （ %） Klasson 木素 （ %） 酸溶木素 （ %） 苯醇抽出物 （ %） 灰分 （ %） 二、 實驗的藥品 天津科技大學 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 8 表 22 實驗藥品 藥品名稱 所屬種類 藥品產(chǎn)地 氫氧化鈉 分析純 天津市北方天醫(yī)化學試劑廠 亞硫酸鈉 分析純 天津市北方天醫(yī)化學試劑廠 鹽酸 分析純 天津市禹達化學試劑科技發(fā)展有限公司 濃硫酸 分析 純 天津市禹達化學試劑科技發(fā)展有限公司 酚酞 分析純 天津市北方天醫(yī)化學試劑廠 硫代硫酸鈉 分析純 天津市北方天醫(yī)化學試劑廠 去離子水 分析純 實驗室自制 苯 分析純 天津市江天化工技術(shù)有限公司 乙醇 分析純 天津市江天化工技術(shù)有限公司 三、 實驗儀器 表 23 實驗儀器 儀器 型號 生產(chǎn)廠家 空氣浴蒸煮鍋 NJKR10 泰興市環(huán)新創(chuàng)新環(huán)境工程有限公司 電熱恒溫水浴鍋 HH SY21Ni 北京市長風儀器儀表公司 擠壓疏解機 JS30型 安丘汶瑞機械制造有限公司 高濃磨漿機 VM3542 BALODOR，美國 PFI打漿機（ PFIMill） 267型 Hamjern Hamar，挪威 電子天平 D448900814 美國 漿料疏解機 97015 Lorentzenamp。Wettre公司 ， 瑞典 分析天平 AL204型 梅 特勒 托利多儀器（上海）有限公司 磨粉機（ Wiley Mill） No. 2型， Arthur H. 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Ltd.， 瑞典 第三節(jié) 實驗流程 一、實驗流程圖 本實驗的流程如圖 21所示： 天津科技大學 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 9 圖 21 實驗部分工藝流程圖 二、實驗方法與步驟 （一）原料準備 將所選取的麥桿剪成適宜尺寸后分批倒入桶中，加清水，攪拌洗滌三遍以除去灰塵殘渣。將潮濕的麥稈在牛皮紙上充分展開，避免堆積，于通風干燥處放置兩天，此時麥稈已經(jīng)晾干，水分相對也比較均 一 。將晾干的麥稈用袋子裝好，做好標記，置于干燥陰涼處存放好。 （二）試樣組分分析 取適量已風干的麥稈，用磨粉機磨成粉末狀，篩選后，選擇 60 目麥草粉作為試樣，按照國家標準方法，進行原 料的組分分析。 （三）麥稈的預(yù)汽蒸和擠壓 將洗滌晾干的麥稈置入桶中，加入 80~90 ℃的熱水，將桶口密封好，浸泡 4個小時，其間適量補充熱水以保持適當?shù)臏囟?。此過程相當于對麥稈進行預(yù)汽蒸。 熱水預(yù)汽蒸過后的麥稈，用螺旋擠壓疏解機進行擠壓疏解，以排除麥稈中的水分和空氣，使麥稈變得松軟易于浸泡和吸收藥液。將不 合適 的麥稈重新加進螺旋擠壓疏解機中擠壓，保證麥稈經(jīng)過充分的擠壓。擠壓疏解機的壓縮比為 4:1。 將擠壓過的麥草充分混合均勻，在牛皮紙上充分展開，盡量避免堆積，于通風干燥處放置一天，此時麥草水分相對均一。將晾干的 麥稈用袋子裝好，做好標記，置于陰涼處 保存 。 （四）麥草的預(yù)處理 將提前放入陰涼處平衡水分的原料取出，用快速水分測定儀測量原料的水分，測量兩次，兩次的測量值誤差不超過 %。根據(jù)測量出的干度，計算，并稱取原料。原料稱取六份，每份的絕干都是 50 g。 預(yù)處理采用空氣浴， 6 組蒸煮小罐，蒸煮的液比為 1:10（相對于絕干物料）。天津科技大學 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 10 使用前需預(yù)熱，使其溫度超過所需蒸煮溫度 50 ℃左右，以保證能夠最快時間升到所需蒸煮溫度。蒸煮小罐需要提前墊好保險絲以保證小罐的密封性，防止漏液的發(fā)生。將 50 g 絕干麥草放入密封袋中，按照 1:10 的液比向袋中加入水和相應(yīng)量的藥品并混合均勻之后將原料按照編號依次放入蒸煮小罐中。將小罐放入墊片，加蓋擰好，沒入水中檢查是否漏氣，若無漏氣則將小罐放入空氣浴中。打開加熱和鍋體旋轉(zhuǎn)開關(guān)。此時蒸煮鍋的溫度一般比蒸煮溫度高 50 ℃左右，升溫的時間控制在 50 min 左右。升溫到距離蒸煮溫度 15 ℃左右時把空氣浴溫度調(diào)到蒸煮溫度，以防止最終保溫溫度超過所需蒸煮溫度。達到規(guī)定的溫度后，進行控制保溫?？刂聘硬怀^要求溫度上下兩度。達到保溫時間后，將小罐取出，迅速冷卻。 卸開小罐，將 預(yù)處理 后的麥草取出。經(jīng)過充分洗滌后， 脫水，放入密封袋中封好，做好標記，置于庫中冷藏。 用標記好的瓶子分別收集 預(yù) 提取液約 400 mL，貯存?zhèn)溆谩? 六 組 預(yù)處理的條件如表 24 所示： 表 24 蒸煮條件 化學藥品及用量 蒸煮溫度，℃ 保溫時間， min 空白樣 無 0 0 A1 60% HAc（ v/v）， % H2SO4（ w/w） 115 90 B2 60% HAc（ v/v） 115 90 B1 15% NaOH（ w/w） 130 30 B2 10% NaOH（ w/w） 150 50 C1 % H2SO4（ w/w） 130 30 C2 % H2SO4（ w/w） 150 50 為了實驗的準確性，保證能夠讓蒸煮罐的溫度迅速的達到預(yù)定的蒸煮溫度，在把蒸 煮罐放入 設(shè)備