【正文】 界發(fā)展的大趨勢。 pretreatment。利用軟件 Minitab 進(jìn)行數(shù)據(jù)分析得到對(duì)蒸煮得率影響最大的是處理溫度其 p值分別為 為極大影響，對(duì)酶解得率影響最大的也是處理溫度其 p值為 為較大影響。本文研究的就是有機(jī)溶劑預(yù)處理黃豆秸稈的最佳工藝條件。木質(zhì)纖維預(yù)處理是生產(chǎn) 生物乙醇的重要過程，目前預(yù)處理有酸、堿和有機(jī)溶劑預(yù)處理，其預(yù)處理的條件是確定預(yù)處理效果的重要因素。然后以該中心點(diǎn)為基礎(chǔ)用中心組合響應(yīng)面法進(jìn)行中心組合實(shí)驗(yàn)，利用軟件 STATISTICA 進(jìn)行響應(yīng)面分析，得到最適合的處理 條件正好為中心點(diǎn)，該條件下 1g原料最終得到了 的葡萄糖。anic solvent。在此能源供應(yīng)日漸緊張的局勢下， 全球各國都在努力尋求新的能源來替代或補(bǔ)充日漸稀少的石油。目前生產(chǎn)生物乙醇的原料有玉米、馬鈴薯等淀粉原料，甘蔗等糖質(zhì)原料，各類秸稈等纖維質(zhì)原料。目前各國科技界 依然致力于各類生物原料生產(chǎn)生物乙醇的工藝技術(shù)研究，不斷開拓原料來源，優(yōu)化生產(chǎn)工藝技術(shù)。 包括 對(duì)生物乙醇生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行 直接補(bǔ)貼 ；對(duì)進(jìn)口生物乙醇進(jìn)行加收關(guān)稅； 對(duì)生物乙醇小規(guī)模生產(chǎn) 廠 商 實(shí)施稅 務(wù) 減免措施 。目前，巴西使用的 生物 乙醇及其他可替代 可再生 能源占 到 其能源消耗總量的 44％。 2021 年 ,巴西乙醇燃料的總出口量 為9． 3 億加侖 ， 約占 巴 西總產(chǎn)量的 18％，占全世界總出口量的 50％。 我國作為發(fā)展中大國對(duì)能源需求極大，對(duì)能源供給極度重視，發(fā)展生物乙醇是我國尋求能源供給多元化的重要方式之一。意識(shí)到這一問題， 2021 年我國由中央政府投資近 50 億元 在吉林、 黑龍江 、河南和安徽省建立了 4 家 大型生物乙 醇生產(chǎn)企業(yè) ， 2021 年又 投資 在廣西 興建 了以木薯為原料的生物乙醇生產(chǎn)企業(yè) 。而在中國，發(fā)展第 1代和第 代生物乙醇會(huì)消耗大量糧食和飼料等。 其基本工藝過程為 催化劑 酵母 ↓ ↓ 纖維原料 → 預(yù)處理 → 水解 → 發(fā)酵 → 蒸餾 → 產(chǎn) 品 本實(shí)驗(yàn)的研究是以纖維質(zhì)原料來生產(chǎn)生物乙醇的，因此本文只介紹以纖維質(zhì)原料生產(chǎn)生物乙醇的基本方法。半纖維素 主要是木糖及少量阿拉伯糖、半乳糖、甘露糖組成 ，其成分為五碳糖，較易經(jīng)水解轉(zhuǎn)變?yōu)槲逄继?。為了除去抽出物，防止抽出物影響，使得?shí)驗(yàn)效果更佳突出 、 明顯，實(shí)驗(yàn)中預(yù)處理之前通常還會(huì)對(duì)原料進(jìn)行苯醇抽提處理。因此，預(yù)處理是否合適 對(duì)后續(xù) 進(jìn)行 水解和發(fā)酵工藝意義重大。其中物理法 預(yù)處理技術(shù) 主要包括蒸汽爆破、機(jī)械破碎、微波、超聲波等處理 方法 ，通過這些 預(yù)處理 方法處理原料可 以 有效地改變天然纖維素的結(jié)構(gòu)。各國研究者 通過研究發(fā)現(xiàn)不同預(yù)處理方法存在不同的利弊，并且 針對(duì)不同 種類 的木質(zhì)纖維素類 原料 物質(zhì)提出不同 了 預(yù)處理方法 。該過程導(dǎo)致纖維結(jié)構(gòu)膨化破壞，有利于促進(jìn)下游的酶解環(huán)節(jié) 。 有 研究發(fā)現(xiàn)，利用微波處理原料時(shí)最適宜的 浸泡 試劑是氫氧化鈉 的 稀溶液。 （ 2） 化學(xué)法 化學(xué)法主要有酸 、 堿預(yù)處理和有機(jī)溶劑預(yù)處理。但若要有效地破壞木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)，往往需要較高的溫度 (160℃ 220℃ )，這就對(duì)設(shè)備有較高的要求，而且能耗也較高，此外所產(chǎn)生的抑制物也會(huì)明顯增加。元英進(jìn)等以稻草秸稈為原料，研究了乙醇的加入對(duì)不同濃度的硫酸預(yù)處理酶解糖化效率的影響。與酸法預(yù)處理相比，堿法預(yù)處理的一般條件較為溫和，對(duì)設(shè)備的要求比酸法預(yù)處理要低，且木素脫除率比較高，但是堿對(duì)半纖維素的降解作用也很強(qiáng)，導(dǎo)致堿法預(yù)處理過程中將近 50%的半纖維素被降解而溶出，因此導(dǎo)致半纖維素和纖維素的損失較大。有機(jī)溶劑預(yù)處理，能脫除木質(zhì)素、降解半纖維素，使原料的孔隙率和表而積增加，從而增大了纖維素酶與纖維素的可接觸而積。自催化乙醇處理法通常是指除乙醇之外，不添加任何其它化學(xué)藥品作為催化劑，而依賴于預(yù)處理 的過程中釋放的有機(jī)酸 (主要為乙酸 )來提供所需要的酸度的乙醇預(yù)處理法，反應(yīng)溫度通常在 180℃ 210℃之間。 本文實(shí)驗(yàn)研究過程中就是分別使用了自催化乙醇處理法和酸催化乙醇處理法這兩種有機(jī)溶劑預(yù)處理方法來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。但是，生物法也存在 著 諸多局限， 例 如在預(yù)處理 中 以及 其 后續(xù)操作中要 特別 注意雜菌的污染；另外 處 理 所需時(shí)間較長，而且重復(fù)性也比較差。其他的諸如物理 化學(xué)方法聯(lián)用技術(shù)，利用微波法處理時(shí)，要 先用化學(xué)試劑處理原料 ，然后再進(jìn)行微波處理 ； 利用蒸汽爆破 法處理時(shí) 時(shí)可以通 入 二氧化硫等可以提高其作用效果 ； 利用微生物處理原料時(shí)，可以聯(lián)合使 用有機(jī) 溶劑法來提升處理效果等。 酶水解的條件 相對(duì) 比較溫和 ,過程穩(wěn)定 ,并且 商業(yè)酶溶液的成本已大幅度降低 ,是比較適 用于 促 進(jìn)生物乙醇商業(yè)化 發(fā)展 的水解工藝 。 此外 ,預(yù)處理對(duì)木素的去除程度和對(duì)半纖維素的溶解度對(duì)酶解也有很大影響。 水解液經(jīng)過微生物 的 發(fā)酵 ,可以獲得乙醇 以及一些 小分子有機(jī)酸 。該方法 是傳統(tǒng)的生物乙醇制備工藝 。由于 乙醇對(duì)水解反應(yīng)的抑制作用 比 糖類 小 ,所以 相對(duì) SHF 過程 ,SSF 過程的反應(yīng)速率 更 快 ，乙醇 產(chǎn)率 更高濃度 更 大 。研究的是有機(jī)溶劑（ 乙醇 ）預(yù)處理黃豆秸稈的最佳工藝條件。 本實(shí)驗(yàn)研究意義 全世界每年有大量的農(nóng)業(yè)廢棄物產(chǎn)生，其中中國每年大約有 7億噸農(nóng)業(yè)廢棄物產(chǎn)生，這些農(nóng)業(yè)廢棄物通常就地焚燒，這導(dǎo)致了大量 的纖維素資源浪費(fèi)，同時(shí)也導(dǎo)致了嚴(yán)重的空氣污染，不符合國家發(fā)展戰(zhàn)略要求。 預(yù)處理技術(shù)作為木質(zhì)纖維轉(zhuǎn)化為 其他資源 的關(guān)鍵步驟 ,是 科研工作者關(guān)注的焦點(diǎn)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專用紙 8 黃豆秸稈酶解糖化產(chǎn)得的糖是轉(zhuǎn)化為生物乙醇的重要資源，秸稈的纖維素資源（農(nóng)業(yè)廢棄物）的合理開發(fā)利用轉(zhuǎn)化為人類需要的資源，不僅使資源得到合理化應(yīng)用，而且能避免環(huán)境污染，能夠?yàn)槿祟惡妥匀粠砀玫睦妗? 主要玻璃儀器有： 索氏提取器， 500ml、 50ml 燒杯， 250ml、 50ml、 10ml 容量瓶， 25ml 三角瓶， G2 砂芯漏斗，畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專用紙 10 G2砂芯坩堝， 250ml 抽濾瓶， 100ml、 25ml 量筒， 25ml 比色管， 10ml、 2ml、 1ml 移液管以及玻璃棒等。 操作步驟 （ 1） 單因素法尋找中心點(diǎn)： ①．取絕干樣品 1g，處理液 10ml（硫酸濃度為 %） 于小 鋼罐。 ③．酶解糖化處理，取預(yù)處理后樣品絕干 于 25ml 三角瓶，加入事先配好的酶液 25ml。并得到酶解得率。 （ 2） 中心組合響應(yīng)面法尋找最適預(yù)處理?xiàng)l件 ① .以（ 1）中得到的中心點(diǎn)為基礎(chǔ)，確定出中心組合響應(yīng)面法的所有預(yù)處理?xiàng)l件。 ④．分析得到的數(shù)據(jù)，用軟件 STATISTICA 以溫度、保溫時(shí)間、乙醇濃度三選二為 X、 Y軸，以蒸煮得率、酶解得率及葡萄糖產(chǎn)率三選一為 Z 軸作 XYZ3D 圖，得到最適處理?xiàng)l件。經(jīng)檢測其組成如下表。 乙醇濃度對(duì)預(yù)處理的影響 預(yù)處理時(shí)乙醇 濃度不同預(yù)處理結(jié)果會(huì)有不同。乙醇濃度越高，反應(yīng)條件越劇烈，木素脫除越多，蒸煮得率越低。 保溫時(shí)間對(duì)預(yù)處理的影響 通過查閱資料可知預(yù)處理的保溫時(shí)間對(duì)預(yù)處理結(jié)果和酶解結(jié)果有一定影響。這表明，保溫時(shí)間越長，預(yù)處理時(shí)木素脫除越徹底，纖維素半纖維素的降解水平也越高。 溫度對(duì)預(yù)處理的影響 溫度是影響預(yù)處理的一個(gè)重要因素。上表顯示溫度越高預(yù)處理的得率越低，而酶解得率越高。因此綜合考慮， 170℃是較為理想的預(yù)處理溫度。 表 中心組合實(shí)驗(yàn)中各因素水平 條件因素 單位 1 0 +1 預(yù)處理溫度 ℃ 160 170 180 保溫時(shí)間 min 30 90 150 乙醇濃度 % 25 50 75 確定中心組合實(shí)驗(yàn)的所有預(yù)處理?xiàng)l件后，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)得到蒸煮得率、酶解得率、葡萄糖產(chǎn)率如下表。將蒸煮得率和預(yù)處理?xiàng)l件數(shù)據(jù)用軟件Minitab 15 進(jìn)行分析，得到蒸煮得率關(guān)于處理溫度的 p 值為 ＜ 表明處理溫度對(duì)蒸煮得率影響很大；蒸煮得率關(guān)于保溫時(shí)間的 p值為 ，表明保溫時(shí)間對(duì)蒸煮得率畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專用紙 15 有一定影響；蒸煮得率關(guān)于乙醇濃度的 p值為 ，表明乙醇濃度對(duì)蒸煮得率有較大影響。但是酶解得率增長速度是隨著預(yù)處理?xiàng)l件越來越劇烈而逐步變緩，即預(yù)處理?xiàng)l件到一定值后酶解得率將不再上升，而并非一值上升。 g h 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專用紙 17 i 圖 用 STATISTICA軟件擬合的各因素對(duì)酶解得率的影響， g：以保溫時(shí)間和乙醇濃度為變量的葡萄糖產(chǎn)率響應(yīng)面； h：以乙醇濃度和處理 溫度為變量的葡萄糖產(chǎn)率響應(yīng)面； i：以保溫時(shí)間和處理溫度為變量的葡萄糖產(chǎn)率響應(yīng)面 從上圖中容易看出，葡萄糖產(chǎn)率隨處理溫度、保溫時(shí)間和乙醇濃度變化時(shí)，響應(yīng)面均為凸出的球面的一部分。但是這三者對(duì)最終葡萄糖的產(chǎn)率影響都不是特別大，葡萄糖產(chǎn)率由蒸煮得率和酶解得率共同決定。 1383cm1處為芳香核（ OH）的吸收峰， 1321cm1為紫丁香核吸收峰， 1250cm1處為愈創(chuàng)木核甲氧基吸收峰 ,1056cm1處為 G 型芳香核吸收峰 ,842cm1處的對(duì)羥苯基振蕩吸收峰即 H型木素結(jié)構(gòu)單元的特征吸收峰在黃豆原料的紅外圖中亦有明顯顯示，這些吸收峰證明了黃豆秸稈中存在著大量 G、 S、 H型 木素結(jié)構(gòu)單元，查閱資料可知針葉木 、闊葉木成分分析顯示其均含有少量對(duì)羥苯甲基木素結(jié)構(gòu)單元，但是本實(shí)驗(yàn)中原料檢測顯示其同時(shí)含有大量愈瘡木基紫丁香基和對(duì)羥苯基結(jié)構(gòu)，證明黃豆原料為禾本科。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專用紙 20 四．結(jié)論 （ 1） 通過單因素實(shí)驗(yàn)，我們得到預(yù)處理中心點(diǎn)為預(yù)處理溫度 170℃，保溫時(shí)間 90min，乙醇濃度 50%。 （ 3） 通過對(duì)原料和中心點(diǎn)預(yù)處理樣品紅外檢測分析，對(duì)比木質(zhì)素特征吸收波段，我們進(jìn)一步證實(shí)黃豆原料為禾本科，其木素結(jié)構(gòu)特征吸收峰經(jīng)預(yù)處理后明顯減弱，證實(shí)在預(yù)處理過程中木素被大量脫除，為酶解提供了極大便利。 她 嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵(lì)著我。同時(shí)也感謝他在生活上給予的關(guān)心。 木糖渣的有機(jī)溶劑預(yù)處理及酶解性能 [J].化工學(xué)報(bào) . 2021,62（ 11） :32563262. [20] 覃勉 .秸稈種類影響纖維素酶產(chǎn)生菌產(chǎn)酶糖化及纖維乙醇發(fā)酵的研究 [D]. 鄭州 :鄭州大學(xué)， 2021. [21] Schultz, T. P. , Temp leton, M. C. , Biermann, C. J. , McGinnis,G. D. . Steam explosion ofmixed hardwood chip s, rice hulls, cornstalk, and sugar cane bagasse. Journal of Agricultural and FoodChemistry. , 1984, 32 (5) : 116 216.