Page 222 - 《精细化工》2022年第12期

·2588· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 39 卷

和 STMEP 组中纤维素质量分数分别为 56.3%、 了 61.30 g/L，其次为 STMEP 和 DAP 组，葡萄糖质
64.2%和 58.0%，分别比 RWS 组（30.1%）提高了 量浓度分别为 48.30 和 40.00 g/L。该结果与 2.1 节
87.0%，113.3%和 92.7%。此外，SHP 和 STMEP 组 中测试的结果一致。此外，DAP 组在 0~6 h 时葡萄
还可使小麦秸秆的木质素质量分数由原始的 15.7% 糖产量增速最快，可能的原因是 DAP 中的高温导致
降至 12.8%和 12.7%。DAP 不能断裂木质素大分子 了半纤维素的部分溶解，从而破坏了纤维素的结晶
中的氢键，且其处理过程中产生的糠醛及其衍生物 结构，提高了纤维素酶的可及性；6~72 h 时增速减
易聚合形成类似木质素结构，从而导致 DAP 组中木 慢，则是由于暴露的棕纤维素已反应完全，而 DAP
质素质量分数不降反升 [29] 。小麦秸秆样品中木质素、 的低木质素剥离率阻碍了内部棕纤维素的进一步反
灰分质量分数的减少以及纤维素质量分数的增加都 应 [31] 。对于 SHP 组，由于 SHP 可以同时去除木质
将有助于酶解糖化过程中产生更多的葡萄糖。 素和部分半纤维素，因此，其可在提高纤维素内部
2.2 预处理前后小麦秸秆微观结构的变化 孔隙率的同时降低纤维素的结晶度，最终使该组水
使用 SEM 观察了预处理前后小麦秸秆表面微 解液中葡萄糖产量最高。而同样有着较高棕纤维素
观形态的变化，结果如图 2 所示。 产量的 STMEP 组，由于主要依靠 SO 3 爆破产生塌陷
破坏小麦秸秆的结构，但对秸秆整体结构破坏得不够
彻底。因此，其糖化液中葡萄糖的产量低于 SHP 组。

a 为 RWS 组；b、c、d 分别为 DAP、SHP 和 STMEP 组 图 3 预处理方式对小麦秸秆酶解糖化产葡萄糖的影响
图 2 预处理前后小麦秸秆的 SEM 图 Fig. 3 Effects of pretreatment models on glucose production
Fig. 2 SEM images of wheat straw before and after from enzymatic saccharification of wheat straw
pretreatment
2.4 脱毒前后不同糖化液中发酵抑制物质量浓度
由图 2 可知，RWS 组（图 2a）样品表面光滑， 的变化
形态完整，有明显的蜡质层涂膜存在。由于半纤维 秸秆糖化液中一般含有糠醛、酚类、有机酸等
素的部分水解以及假木质素的生成 [19] ，DAP 组样品 对酶解和发酵有抑制作用的抑制物，对 3 种预处理
表面有明显的裂缝和颗粒吸附，但仍保留着整体的 后小麦秸秆糖化液脱毒前后的抑制物的种类和质量
完整性（图 2b）。SHP 组样品表面结构已经被完全破 浓度进行了测定和分析，结果如表 1 所示。由表 1
坏，整体褶皱凸起明显（图 2c）。该现象与 NaOH 的 可以发现，在所有组别中，未经预处理的 RWS 组中
作用方式有关，在高温条件下，NaOH 能够破坏木质 的 5- 羟甲 基糠 醛质 量浓 度最 高， 达到 (7.71
素和半纤维素的结构，造成木质素的剥离和半纤维素 0.35) mg/L；DAP 组抑制物总质量浓度最高，其不
的水解，而失去木质素和半纤维素支撑的秸秆会发 仅含有最高质量浓度的糠醛〔(4.300.12) mg/L〕、
生塌陷和褶皱 [30] 。由于 SO 3 在秸秆表面发生爆破并 乙酸〔(3.720.14) mg/L〕、甲酸〔(0.360.24) mg/L〕，
造成了内部结构的塌陷，因此 STMEP 组样品表面 还含有 较高 质量浓 度 的 5- 羟甲基糠醛 〔 (3.10
出现明显的孔洞和褶皱凸起，能明显观察到纤维素 0.21) mg/L〕，原因是在酸性和高温条件下，木糖脱
链的存在（图 2d） [21] 。 水变成了糠醛，葡萄糖降解成了 5-羟甲基糠醛，而
2.3 不同预处理方式对小麦秸秆酶解糖化的影响 秸秆中含有的大量乙酰基基团经过酸水解后，从大
预处理方式对小麦秸秆酶解糖化产葡萄糖的影 的分子断裂变成乙酸 [32] ；SHP 组中的 5-羟甲基糠醛
响如图 3 所示。由图 3 可以发现，与 RWS 组相比， 和糠醛质量浓度均为最低，分别为(0.330.19)和
不同预处理方式均可显著提高所得糖化液中葡萄糖 (0.030.10) mg/L，且不含乙酸，但其总酚类物质质
的产量。其中，SHP 组葡萄糖质量浓度最高，达到 量浓度最高，达到(43.872.29) mg/L，这一结果与