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中国是世界甘蔗生产第三大国,甘蔗渣作为制糖业的剩余物,也是一种可再生的生物质资源。为了破坏木质纤维原料的“顽抗性”,需要在酶解前进行预处理。稀硫酸由于具有成本较低、反应活性高和性质稳定等优点,适用于工业化应用,较为环保,故稀硫酸预处理是一种具有应用前景的预处理方法。本文系统、深入的研究了蔗渣的稀硫酸预处理条件和机理,为木质纤维素的高效转化和乙醇生产提供理论基础和技术方法。本实验用甘蔗渣产自广西,主要采用粉碎筛选后20-40目的原料,其主要组分含量为:葡聚糖50.99±1.19%,木聚糖25.39±0.89%,Klason木素20.03±0.66%,酸溶木素0.29±0.15%。以预处理、酶解还原糖转化率和预处理糠醛转化率为评价指标,利用正交设计实验和单因素实验,得到的最优预处理条件为:预处理温度160℃,稀H2SO4浓度0.8%,保温时间15min,固液比1:15。此时总还原糖得率为60.1%,其中预处理还原糖得率为30.4%(木糖脱除率79.7%),糠醛转化率0.85%,酶解还原糖得率为29.6%(葡萄糖脱除率44.0%)。同时研究了预处理酶解中各单糖溶出规律。在最优预处理条件下,进一步研究了蔗渣原料尺寸、木质素含量和结晶度与酶解得率的关系。结果表明,在一定范围内,降低蔗渣原料尺寸并没有提高预处理和酶解的还原糖得率,酶解底物中Klason木素的高含量可能是造成酶解还原糖得率下降的主要原因。酶解底物结晶度越高,不能说明酶解难度就越大,还与酶解底物其它特性有关。本实验中原料的最优尺寸为10-20目,此时总还原糖转化率为61.5%,其中预处理还原糖得率为31.3%,酶解糖得率为30.2%。以在最优预处理工艺条件下处理的10-20目蔗渣原料作为酶解底物,以酶解还原糖转化率为评价指标,并综合考虑酶解成本和酶解周期,得到了最优酶解工艺参数:酶用量40FPU/g,底物浓度5%,酶解温度50℃,反应时间24h。此时的酶解还原糖转化率为51.4%(葡萄糖脱除率77.0%),酶解液还原糖浓度15.87g/L。由于预处理还原糖转化率为31.3%(木糖脱除率81.8%),故在本文优化的预处理条件和酶解工艺参数下,得到的最大总还原糖转化率为82.7%。(注:上述还原糖得率均以原料总还原糖含量计)