化学预处理提高酒糟生物质酶解糖化效果.docx

化学预处理提高酒糟生物质酶解糖化效果任海伟 1,2，徐娜 1,2，李金平 1，张轶 2，李志忠 2，王永刚 2，刘晓风 2，张涛 3，孙永明 1,4（1. 兰州理工大学西部能源与环境研究中心，兰州 730050； 2. 兰州理工大学生命科学与工程学院，兰州 730050； 3. 甘肃金徽酒股份有限公司，陇南 742308； 4. 中国科学院广州能源研究所，广州 510640）摘 要：为促进酒糟生物质的酶解糖化，筛选适宜的预处理方法，以脱除木质素，提高综纤维素（纤维素和半纤维素之和）保留率为目标，研究比较了酸-超声波耦合（ultrasound-assisted acid pretreatment，uaap）、液氨（pretreatment by soaking in aqueous ammonia，psaa）、碱性双氧水（alkaline hydrogen peroxide pretreatment，ahpp） 和酸性亚硫酸氢盐（bisulfite pretreatment，bp）4 种预处理法对酒糟化学组分、结构特性和酶解得率的影响。结 果表明，与其余 3 种方法相比，bp 法处理后酒糟的纤维素和半纤维素保留率最高，分别为 84.59%和 84.87%，即 综纤维素保留率为 84.68%。与未处理酒糟（unpretreatment，up）相比，4 种方法预处理后酒糟的综纤维素酶解 得率分别提高了 49.12%（酸-超声波，uaap）、55.48%（液氨，pass）、92.79%（碱性双氧水，ahpp）和 99.15%（酸性亚硫酸氢盐，bp），其中 bp 法对酒糟酶解糖化的促进作用最有效。扫描电镜（scanning electron microscope， sem）和 x-衍射（x-ray differaction，xrd）结果显示，酒糟经不同方法预处理后表观结构发生了明显变化，木 质纤维网络结构遭到破坏，表面呈现无规则或形状各异的膨松状态，沟壑明显，孔隙率增加，比表面积增大，有 利于提高水解酶的可及性。化学组分和结构特性的变化说明酒糟的酶解得率与综纤维素的保留、木质素的去除、 表面微观形貌变化以及纤维素结晶度等因素直接相关。总之，酸性亚硫酸氢盐（bp）法是适用于酒糟生物质糖化 预处理的一种有效可行方法。关键词：生物质；纤维素；酶，酒糟；预处理；酶解糖化；组分变化；结构特性doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2014.16.031中图分类号：ts261.9；tq353.6；tq920.9文献标识码：a文章编号：1002-6819(2014)-16-0239-08任海伟，徐 娜，李金平，等. 化学预处理提高酒糟生物质酶解糖化效果j.农业工程学报，2014，30(16)：239246.ren haiwei, xu na, li jinping, et al. chemical pretreatment improving effect of enzymatic saccharification of distillers grains biomassj. transactions of the chinese society of agricultural engineering (transactions of the csae), 2014, 30(16): 239246. (in chinese with english abstract)氢键连接，木质素内部除了有强大的氢键连接外，还与半纤维素形成稳定的木质素-碳水化合物复合 体。三者相互交织的结构决定了任何一类成分的降 解必然受到其他成分的制约，如木质素对纤维素和 半纤维素酶解过程的空间位阻作用，很难使水解酶 直接作用于底物，导致酶解效率和糖得率较低1。 因此，需要通过预处理技术破坏木质纤维素的致密 结构，改变木质素与半纤维素的周围基质结构，从 原来抗木质纤维素酶系统的形式转化为对纤维素 和半纤维素水解作用更为有效的形式，使其在酶作 用下高效降解成可发酵糖，这也是燃料乙醇转化的 关键步骤和技术瓶颈2。常见的预处理方法主要有物理法（如机械粉 碎、挤压、辐射处理等）、化学法（如酸、碱、臭 氧、有机溶剂、离子液处理等），物理化学综合法（如高温液态水、蒸汽爆破、氨纤维爆破、co2 爆 破、湿氧处理等）以及生物法3-4。上述预处理方法 的作用机理和特点各有不同，适用原料也存在差0引言随着化石能源的日益枯竭，生物能源的开发不 仅有助于缓解日益严重的能源危机，减少对石油等 不可再生资源的过度依赖，还能减轻地球温室效应 和雾霾天气影响。利用木质纤维素生物质制取燃料 乙醇是目前的研究热点。木质纤维素原料主要由纤 维素、半纤维素和木质素构成，三组分结构复杂， 彼此关联。纤维素和半纤维素链内和链间主要通过收稿日期：2014-03-23修订日期：2014-08-21基金项目：国家高技术研究发展计划（863）项目（2014aa052801）；国家自然科学基金项目（51366009）；甘肃省杰出青年科学基金项目（ 1210rjda016 ）；甘肃省 自然 科学基金项 目（ 1212rjya034 ， 145rjza064）；兰州理工大学“红柳杰出人才计划”项目（q201101） 和“红柳青年教师培养计划”项目（q201207） 作者简介：任海伟（1983），男，山西孝义人，讲师，博士生，研究 方向为生物质资源转化利用。兰州 兰州理工大学西部能源与环境研究 中心，730050。email：通信作者：李金平（1977），男，宁夏中宁人，教授，博士生导师， 研究方向可再生能源与环境工程。兰州 兰州理工大学西部能源与环境 研究中心，730050。email：农业工程学报2014 年240异，预处理后的糖收率和乙醇产率及回收成本都有很大不同。尽管上述预处理方法均能不同程度地提 高酶解糖化效率，但也不可避免造成了有效组分半 纤维素损失。随着重组酿酒酵母（saccharomyces与优化上述预处理方法的基础上，用统一的分析与衡量标准进行研究。1）酸超声波耦合处理（ultrasound-assisted acid pretreatment，uaap）质量分数为 2%h2so4 溶液，料液质量体积比 为 110（g/ml），超声波功率 280 w，超声波时 间 30 min7。2）液氨处理（pretreatment by soaking in aqueous ammonia，psaa）料液质量体积比为 110（g/ml），质量分数 为 10%氨水，常温浸泡处理 24 h8。3）碱性双氧水处理（alkaline hydrogen peroxide pretreatment，ahpp）料液质量体积比为 120（g/ml），含有质量 分数为 2.5%双氧水和 5%naoh 的混合溶液，常温 浸泡 24 h9。4）酸性亚硫酸氢盐处理（bisulfite pretreatment， bp）参考文献10并略作修改。料液质量体积比 13（g/ml），h2so4 用量 0.2%，nahso3 用量 3%， 温度 130，保温 20 min。酒糟分别经上述 4 种方法预处理后，3 000 r/min 离心 15 min 进行固液分离，获得的固体残渣用蒸馏 水洗涤至中性，然后 105烘干至质量恒定得到预 处理残渣（z1）。1.2.2酶解糖化试验参考文献11并略作修改。取一定量经水洗至 中性、105质量恒定的预处理残渣（z1 ）置于 100 ml 三角瓶中，以液固比 151 加入 ph 值 5.0（已用 0.1 mol/l 柠檬酸-nah2po4 缓冲液调好）的 含有纤维素酶 4 000 u/g（z1）、木聚糖酶 2 000 u/g（z1）的混合酶液，在 50、转速为 150 r/min 条 件下振荡酶解 72 h。酶解过程中的抑菌剂终浓度为60 g/ml。水解结束后进行固液分离（条件同 1.2.1 节），获得酶解残渣（z2），分析上层液中的葡萄 糖和木糖浓度。1.3 分析方法酒糟原料、预处理残渣（z1）和酶解残渣（z2） 中的纤维素、半纤维素和木质素组分测定采用范式 分析法12。葡萄糖测定采用分光光度法，木糖测定 采用间苯三酚比色法。结构特性分析采用扫描电镜（scanning electron microscopy，sem）和 x-衍射（x-ray differaction，xrd）。采用 segal 公式计算 相对结晶指数（crystallinity index，cri）。cri =100 i002 - iamcerevisiae ） 、 嗜鞣管 囊 酵母（ pachysolentannophilus）、休哈塔假丝酵母（candida shehatae）和树干毕赤酵母菌（pichia stipitis）等能够共同发 酵葡萄糖和木糖产乙醇菌株的开发应用，使得半 纤维素组分也能被转化利用5-6。因此，针对原料 特性筛选适宜的预处理法是实现木质纤维高效糖 化前提。酒糟是白酒固态酿造的副产物，含有丰富的纤 维素和半纤维组分，是一种资源丰富的木质纤维生 物质，降解为可发酵糖后可用作发酵基质生产乙 醇。鉴于此，为了促进酒糟生物质的高效糖化降解， 提高纤维素和半纤维素目标组分的酶解得率，通过 前期预试验和文献查阅比较，本文拟研究 4 种预处 理法（液氨、碱性双氧水、酸性亚硫酸氢盐、酸- 超声波耦合）对酒糟组分特征和物理结构的影响， 并进一步评价 4 种预处理方法对酶解糖化的促进机 制，筛选适宜酒糟的一种预处理方式，为酒糟生物 质制备燃料乙醇提供技术支撑。1材料与方法1.1材料与设备酒糟，甘肃金徽酒股份有限公司提供，自然晾 干后粉碎过 50 目筛备用。各化学组分的质量分数 分别为：纤维素 39.81%，木质素 27.75%，半纤维 素 21.14%，蛋白质 7.74%，淀粉 2.75%，脂肪 1.63%， 灰分 0.55%（以干基计）。白酒酿造原料为高粱、 大米、糯米、小麦和玉米。纤维素酶（滤纸酶活力为 1.2105 u/g）和木聚糖酶（酶活力为 2.0105 u/g），白银赛诺生物科技 有限公司；间苯三酚，上海蓝季科技发展有限公司； d-木糖，天津市光复精细化工研究所；其余试剂为 分析纯。uv-9200 紫外可见分光光度计，北京瑞利分析 仪器公司；jsm5600lv 扫描电子显微镜，日本 jeol 公司；d/max-2004 粉末 x 射线衍射仪，日本理学 公司。1.2试验方法1.2.1酒糟的预处理方法根据前期预试验和文献调研，从碱处理、酸处 理、碱性亚硫酸盐处理等 7 种方法中筛选出效果较好的以下 4 种方法进行系统研究。由于各文献采用的分析方法、衡量标准不同，造成在对比这几种预 处理方法的效果上存在差异。因此，本研究在综合i002式中：i002 为主结晶峰 002 面（2=22）晶格衍射第 16 期任海伟等：化学预处理提高酒糟生物质酶解糖化效果241强度；iam 为 2=18时的衍射强度13。1.4计算方法预处理阶段，纤维素保留率（retention质量分数之和，%。2结果与分析2.1不同预处理法对酒糟化学成分变化的影响从木质素脱除和目标组分保留角度看，结合图 1 和表 1 可知，4 种方法中，ahpp 法对酒糟木质素 脱除率最高（69.43%），因为 h2o2 在碱性环境中 分解的 hoo-具有强氧化作用，可以有效氧化溶解 木质素，使木质素侧链断裂碎解，同时 h2o2 对半 纤维素具有增溶功能 。因此，木质素的大量脱除 和半纤维素的部分溶出导致其失重率大，残渣回收 率最低（33.62%）。psaa 法处理过程中，液氨主 要与木质素发生反应，木质素-碳水化合物连接键发 生断裂，使木质素被降解，脱除率为 23.56%，残渣 回收率也较高（70.06%）。uaap 法预处理后的半 纤维素保留率和木质素脱除率均最小。bp 法处理 后的纤维素和半纤维素保留率最高，分别为 84.59% 和 84.87%，残渣回收率也高达 89.70%，综纤维素 保留率为 84.68%。酸性条件 nahso3 产生的活性基 团（so32-，hso3-，so2）和木素发生磺化反应，木 质素亲水性增加，易溶出15-16。rate ofcellulose，rrcl，%）、半纤维素保留率（retention rateof hemicellulose，rrhc ，%）、综纤维素保留率 （retention rate of holocellulose，rrhol，%）和木质 素脱除率（removal rate of lignin，rrl，%）的计算 公式如式（1）、（2）、（3）和（4）所示。m x 1i100%（1）rrcl =14m 0 xim1 x j（2）rrhc =100%m 0 x jm1 ( xi + x j )rrhol =100%（3）m 0 ( xi + x j )m x - m x k0k1（4）rrl =100%m 0 xk式中：m0 为原料质量，g；m1 为预处理残渣（z1）质量，g；xi、xj、xk 分别为原料中纤维素、半纤维素和 木质素的质量分数，%；xi、xj、xk 分别为预处理残 渣（z1）中纤维素、半纤维素和木质素质量分数，%。为准确衡量预处理后酒糟中目标组分的酶解 得率，酶解糖化阶段分别以纤维素、半纤维素和综 纤维素的酶解得率（yield of enzymatic hydrolysis， yeh，%）为指标进行评价9，计算公式如式（5）、（6）、（7）所示。c v 0.9i（5）yehcl =100%m1 xicj v 0.9yehhc =100%（6）m1 x j注： psaa, pretreatment by soaking in aqueous ammonia; uaap,ultrasound-assisted acid pretreatment; ahpp, alkaline hydrogen peroxide pretreatment; bp, bisulfite pretreatment.图 1 预处理法对纤维素（半纤维素）保留率和木质素脱除率影响fig.1 effect of pretreatment methods on retention rate of cellulose or hemicellulose and removal rate of lignin(ci + cj ) v 0.9yehhol =100%（7）m1 x h式中：ci 和 cj 分别为酶解液中的葡萄糖和木糖质量浓度，g/l；v 为酶解液定容体积，l；m1 为预处理 残渣质量，g；xh 为预处理残渣纤维素和半纤维素表 1 不同方法预处理后的酒糟化学成分变化table 1 changes of chemical composition of distillers grains after different pretreatments残渣纤维素质量分数 cellulose content/%残渣半纤维素质量分数 hemicellulose content/%残渣木质素质量分数 lignin concentration/%综纤维素保留率 retention of holocellulose/%残渣回收率recovery of pretreatment residues/%原料质量raw distillers grains/g残渣质量pretreatment residues/g液氨pretreatment by soaking in aqueous ammonia酸-超声波ultrasound-assisted acid pretreatment 碱性双氧水alkaline hydrogen peroxide pretreatment 酸性亚硫酸氢盐bisulfite pretreatment50.0535.0770.0627.2019.3830.0253.5940.0129.2373.0629.204.4433.3740.3530.0410.1033.6239.6017.6225.0031.5950.0144.8689.7037.6020.0125.7184.68农业工程学报2014 年242从组分变化角度看（表 1），尽管 uaap 法能去除部分木质素（木质素脱除率为 11.26%），但在 酸性条件下，半纤维素比纤维素更容易溶出、水解， 使得木质素重新沉积在纤维素表面，导致残渣 z1 中的木质素质量分数升至 33.37%。另外，uaap 法 中超声波辐射也会促进纤维素无定形区的溶解15。 因此，uaap 法不仅对木质素的脱除效果差，而且 还会引起纤维素和半纤维素含量的下降，半纤维素 几乎全部水解溶出，残渣 z1 中的半纤维素质量分 数仅为 4.44%（表 1）。bp 和 ahpp 法处理后的残 渣中具备较高的纤维素和半纤维素质量分数（综纤 维素质量分数均为 57.00%以上），同时脱除木质素 有利于削弱后续酶解过程的位阻效应。2.2不同预处理法对酒糟酶解糖化效果的影响由表 2 中酶解效果比较可知，与未处理组（up） 相比，4 种预处理法均能不同程度地促进酶解得率 的提高，其中 bp 法对应的纤维素和综纤维素酶解 得率最高，ahpp 和 psaa 法次之，uaap 法最低。表 2 不同方法预处理后的酒糟酶解效果比较table 2 result comparison of enzyme hydrolysis between pretreated and unpretreated distillers grains 和木质素成分均能引起纤维素酶的无效结合，尤其木质素成分对纤维素酶的吸附能力最强，故而木质素含 量的多寡对于酶解糖化也至关重要。刘浩10认为，生 物质预处理产生的溶出木素和组成木素皆可与纤 维素酶发生无效结合，导致水解反应后期酶活的下 降和水解率的损失。由于本研究中的预处理残渣 z1 均经过水洗使得溶出木质素被去除，因此纤维素酶 的无效结合主要源自组成木质素，即酶解效率与木 质素含量呈负相关。结合表 1 中的组分变化可知， 预处理残渣 z1 中的木质素含量高低顺序依次为 uaappsaabpahpp，依据上述理论，uaap 法的纤维素酶解得率最低，与表 2 数据一致。这也 与秦伟军等9研究结果一致，木质素去除越多，酶 就越容易与底物接触发生酶解反应。再次，结合图 1 和表 2 发现，尽管 bp 法处理 后酒糟的木质素脱除率较低，但其目标组分综纤维 素（纤维素和半纤维素之和）的酶解得率反而较高。 原因在于预处理作用对目标组分的破坏性小，与酒 糟原料相比，bp 法预处理后残渣中的纤维素和半 纤维素组分基本完全保留，二者质量分数仅分别下 降了 2.21%和 1.13%，使得综纤维素保留率远高于 其他 3 种方法，而残渣中的木质素质量分数也相对 较低，说明预处理前后酒糟组分的变化对酶解得率 有影响。值得注意的是，uaap 法处理后的半纤维素质 量分数很小，仅为 4.44%酶解得率较高，而其他 3 种方法处理后的半纤维素 含量远高于 uaap 法，且略低于原料含量，导致半 纤维素酶解得率低于未处理组，说明半纤维素的质 量分数多寡对酶解得率也有影响，半纤维素的去除 不仅能增加基质的平均孔径，提高酶对纤维素的可 及性，而且还能削弱半纤维素乙酰基团的降解障 碍18。综合上述分析，从目标组分保留、木质素去 除、增强酶对底物可及度等方面来推断，与其他 3 种方法相比，bp 法预处理更有利于促进酒糟的 酶解糖化。2.3 酒糟在预处理和酶解过程中的扫描电镜观察预处理过程中，除了化学组分含量发生不同程 度地变化外，原料微观结构也发生改变，进而影响 原料的可酶解性。由图 2a 可以看出，酒糟原料的木质纤维结构 紧密，纤维素聚集态结构清晰，纤维素沿链长方向 聚集成微细纤维状态。预处理后，表观结构发生了 不同程度的变化，原先规则的长条状晶束被破坏， 纤维束骨架发生断裂，表面均呈现无规则或形状各 异的膨松状态，沟壑明显，比表面积增大。因此预纤维素酶解得率enzymatic半纤维素酶解得率enzymatic综纤维素酶解得率 degradation rate of holocellulose/%hydrolysis yield hydrolysis yield ofof cellulose/%hemicellulose/%未处理对照组up-unpretreatment酸性亚硫酸氢盐 bisulfite pretreatment碱性双氧水 alkaline hydrogen peroxide pretreatment液氨pretreatment by soaking in aqueous ammonia酸-超声波 ultrasound-assisted acid pretreatment13.6321.9416.51，导致其对应的半纤维素44.3811.2632.8839.1815.3331.8330.7118.6125.6718.2766.3824.62首先，预处理后的酒糟不仅被脱除部分木质素，半纤维素也发生部分降解，导致致密而坚硬的 细胞壁结构变的疏松多孔，孔隙率增加，纤维素核 心部分被暴露，纤维素可接触的表面积增加，有利 于水解酶由外向内渗透，使其在酶作用下被高效水 解成可发酵糖17-18。其次，木质纤维素酶解获得可发酵糖的得率高 低，不仅与主体成分纤维素的结构和性质有关，还 与半纤维素或木质素的含量有关19-20。因为，一方 面，木质素成分是木质纤维结构的抗降解物理屏 障，限制纤维素酶接近纤维素；另一方面，半纤维素第 16 期任海伟等：化学预处理提高酒糟生物质酶解糖化效果243处理对酒糟木质纤维包覆结构有一定破坏，有利于提高酶的可及性。但不同预处理法对应的表观结构 差异明显。ahpp 法处理后的酒糟表面出现层层剥 离迹象，断面开裂，呈光滑薄片状，且产生大量不 规则裂痕或孔洞（图 2c）。psaa 法处理后的丟糟 边缘呈锯齿状，维素发生溶胀，比表面积和孔隙度 增加（图 2e）。bp 法处理后光滑表面变成絮状绒毛形（图 2g）。uaap 法处理后，尽管不规则孔洞增加，但结构依然较为紧密（图 2i）。预处理后的 丟糟经纤维素酶和木聚糖酶作用后，表观结构进一 步被破坏。因为预处理后酒糟对水解酶的可及性提 高，使得水解酶将酒糟内部纤维素和半纤维素充分 降解，从而形成许多大孔洞21-22。a.酒糟a. distillers grainsb. ehr-upc. pr-ahppd. ehr-ahppe. pr- psaaf. ehr-psaag. pr- bph. ehr-bpi. pr- uaapj. ehr-uaap注：c、e、g、i 为预处理残渣 pretreatment residues (pr)；b、d、f、h、j 为酶解残渣 enzymatic hydrolysis residues (ehr).图 2 酒糟预处理和酶解过程的扫描电镜对比图（2 000 倍）fig.2 sem micrograph comparison of distillers grains during pretreatment and enzymatic hydrolysis (2 000)2.4x-衍射分析纤维素分子内及分子间的强大氢键网络使纤 维素分子具有高度规则的结晶结构，分别对原料、 预处理残渣和酶解残渣进行 xrd 分析（图略）。 酒糟位于 2=18、22和 26有 3 个衍射峰，纤维素 结晶形态属于纤维素 i 型。经预处理和酶解后的晶 型结构并未发生变化，仅峰形和峰强度有所改变。 预处理后，2=22左右处出现较宽的衍射峰，峰形 不再尖锐，峰强度变弱，但相对结晶指数均显著提 高（表 3）。因为预处理后木质素等非晶体物质均有不同程度地脱除，同时木质纤维结构被破坏后使纤维素得以暴露23。 相对结晶指数（cri）的高低反应了结晶区所占比例的大小。经酶解作用后，4 种预处理法对应的 cri 变化有所差异。由表 3 可知，bp 和 ahpp 法对 应酶解残渣的 cri 分别提高了 20.93%和 25.58%， 而 psaa 法处理后 cri 下降了 11.11%，uaap 法处 理后 cri 下降微弱，仅为 4.54%。因为 bp 和 ahpp 法处理后的纤维素酶解得率较高（表 2），更有利 于纤维素酶的渗透作用，使得纤维素无定形区及结农业工程学报2014 年244晶区表面部分溶出降解，将结晶区核心部位暴露在外导致其吸收强度增大，cri 提高。psaa 法的 cri 下降说明结晶纤维素的降解和纤维素结晶区内部 羟基间氢键强度的变化，进而使纤维素的晶体结构 改变，结晶区变成无定形区。表 3 酒糟纤维素在预处理和酶解过程中的相对结晶 指数变化table 3 changes of crystallinity index (cri) during pretreatment and enzymatic hydrolysis分，这就为酶解糖化获得可发酵糖提供了良好的基质保证。由此可见，采用预处理方法提高酒糟生物 质的酶解糖化得率，不仅要考虑抗降解屏障组分木质素的脱除效果，还需要衡量预处理过程中纤 维素和半纤维素目标组分的保留率以及结构特性 的变化，各组分的质量分数变化以及结构特性等因 素综合作用来共同决定预处理方法对酶解得率的 贡献度大小。只有针对特定生物质原料筛选适宜的 预处理方法，才能达到促进酶解过程和提高酶解得 率的预期效果。另外，预处理过程中引入了必要的化学试剂， 若预处理后直接排放势必会对环境水体造成二次 污染，因此在利用 bp 法进行预处理提高酒糟酶解 糖化得率制备燃料乙醇的同时，还需要考虑预处理 后所排放废水中亚硫酸氢根离子的去除问题，避免 造成二次污染。未处理对照组up酸性碱性亚硫酸氢盐 双氧水酸-超声波uaap液氨psaabpahpp酒糟原料distillers grains预处理残渣pretreatment residues酶解残渣enzymatic hydrolysis residues30.430.540.440.520.520.540.480.423讨论在天然木质纤维的高阶矩阵结构中，木质素将 纤维素紧紧包裹，并形成共价键联结网络结构，半 纤维素缠绕其中，再加上生物质本身的致密性和纤 维素的高结晶度，使水解酶难以接触到纤维素和半 纤维素，导致酶解得率低下。本研究显示，酸-超声波耦合（uaap）、液氨（psaa）、碱性双氧水（ahpp）和酸性亚硫酸氢 盐（bp）4 种预处理法对酒糟酶解转化过程均具有 促进作用，同时对组分含量和结构特性的影响也各 有差异。一方面，经不同方法预处理后，酒糟表观 结构发生了不同程度的变化，原先规则的长条状晶 束被破坏，纤维束骨架发生断裂，表面均呈现无规 则或形状各异的膨松状态，沟壑明显，比表面积增 大。酒糟木质纤维包覆结构被破坏有利于提高水解 酶的可及性。另一方面，纤维素和半纤维素是酒糟 生物质的可利用目标组分，从综纤维素（纤维素和 半纤维素之和）的最大限度保留与利用角度来看， 4 种方法中，bp 法对应的纤维素和半纤维素保留率 最高，分别为 84.59%和 84.87%，即综纤维素保留 率为 84.68%。bp、ahpp、psaa 和 uaap 法预处 理后的综纤维素酶解得率分别为 32.88%、31.83%、 25.67%和 24.62%，均高于未处理酒糟的综纤维素酶 解得率（ 16.51%），分别比未处理酒糟提高了 99.15%、92.79%、55.48%和 49.12%，其中 bp 法预处理后酒糟的综纤维素酶解得率几乎提高了 1 倍。 尽管 bp 法预处理后的木质素脱除率相对较低，但 bp 法对目标组分纤维素和半纤维素破坏性小，预 处理后的残渣回收率高，能够良好地保留目标组4结论通过针对酸-超声波耦合、液氨、碱性双氧水和 酸性亚硫酸氢盐 4 种方法对酒糟预处理前后的组 分、酶解得率以及结构特征的影响机理研究发现， 采用酸性亚硫酸氢盐预处理是适用于促进酒糟酶 解糖化的一种有效方法。酸性亚硫酸氢盐的预处理 条件为：料液质量体积比 13（g/ml），h2so4 用量 0.2%，nahso3 用量 3%，130高温持续处理 20 min，该预处理条件下的酒糟综纤维素保留率为84.68%，预处理残渣中纤维素质量分数为 57.61%， 纤维素和综纤维素的酶解得率分别为 44.38%和 32.88%。与未处理酒糟相比，酶解作用提高效果明 显，纤维素和综纤维素的酶解得率分别提高了约 2.26 倍和 1 倍。但为了最大限度减少环境污染，降 低化学试剂使用量，减少能源消耗，预处理过程中 的料液质量体积比、h2so4 和 nahso3 用量、预处 理温度和时间等工艺参数还需要进一步优化，亚硫 酸氢盐的去除方法也需要深入研究，以期更好地为 工业化应用提供技术指导。参 考 文 献寇巍，赵勇，闫昌国，等. 膨化预处理玉米秸秆提高还 原糖酶解产率的效果j. 农业工程学报，2010，26(11)： 265269.kou wei, zhao yong, yan changguo, et al. corn straw expansion pretreatment to improve enzymolysis reducing sugar yieldj. transactions of the chinese society of agricultural engineering (transactions of the csae), 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