棉杆强化亚硫酸盐法预处理过程中成分变化开题报告

1. 研究目的与意义

燃料乙醇的出现不仅仅减少了对石油资源的依赖，燃料乙醇还可以很大程度的改善汽车尾气污染和提升发动机燃烧效率。由于乙醇是燃油氧化处理的增氧剂，可以使汽油增加内氧燃烧充分，达到节能和环保目的。与用石油生产的汽油相比，生物乙醇在燃烧时释放到大气中的二氧化碳要少得多，最高可使二氧化碳的排放量比汽油减少90%。另外，乙醇具有极好的抗爆性能，辛烷值一般都在120左右，它可有效提高汽油的抗爆性(辛烷值)。生物乙醇以其独特的环境友好性和可再生性，越来越受到研究人员的重视，尤其是以木质纤维为主要原料的第二代生物乙醇正逐渐成为世界各国的研究热点。但是木质纤维的细胞壁对微生物和酶具有天然的抗性，这种抗性成为利用木质纤维生产生物乙醇及其他化学品的主要障碍之一，也是在利用木质纤维过程中要克服的问题。作为一种农业废弃物的棉杆生物质是可再生的天然资源，来源广泛，产量大，利用棉杆生物质生产生物乙醇具有广阔的产业化前景。

作为一种农业废弃物的棉杆是可再生的天然资源，来源广泛，产量大，利用棉杆生产生物乙醇具有广阔的产业化前景。

2. 国内外研究现状分析

国内：为了提高棉秆的酶水解效率，研究了棉秆亚硫酸盐预处理过程中亚硫酸氢钠用量、浓硫酸用量、预处理温度与时间对预处理效果的影响，同时比较了棉秆不同部位的亚硫酸盐预处理效果。结果表明：预处理时添加亚硫酸氢钠可提高棉秆酶水解效率，随着用量的增加，底物酶水解转化率升高，用量超过8%后基本不变；预处理液pH值可影响棉秆亚硫酸盐预处理效果，存在一个最佳pH值，研究中预处理液pH值为2.65时，底物的酶水解转化率最高；当预处理温度由100℃升高至170℃时，底物酶水解转化率升高较少，但当预处理温度继续升高时，底物酶水解转化率明显升高，在预处理温度180℃并保温20 min时底物酶水解转化率达到最高为70.10%，继续延长保温时间底物酶水解转化率无明显变化。亚硫酸盐预处理过程中，木素和戊聚糖不断从原料中溶出，有利于后续的酶水解，研究发现木素的溶出比戊聚糖的溶出对棉秆酶水解的影响更大。棉秆不同部位的亚硫酸盐预处理效果不同，酶水解从易到难的顺序是：棉秆皮细枝全棉秆主干棉秆芯

国外：SPORL法（sulfitepretreatmenttoovercomerecalcitranceoflignocellulose）是美国威斯康星大学（universityofwisconsin-madison）及林产品实验室（forestproductslaboratory，USDA）合作开发的一种生物质预处理方法，主要利用亚硫酸盐对木质纤维原料进行预处理，以克服木质纤维原料对酶的抗性，目前的研究表明该法对云杉、红松、桉木和杨木等木材生物质原料，以及玉米秸秆和麦草等农业剩余物有很好的适应性，促进酶水解的转化效率，可以达到90%以上

3. 研究的基本内容与计划

本文以SPORL(Sulfite Pretreatment to Overcome Recalcitrance of Lignocel lulose)预处理方法为基础，采用亚硫酸盐法预处理棉杆。研究在预处理过程中，纤维素，半纤维素，木素等对原料酶解的影响，提高酶水解效率。研究预处理过程中亚硫酸盐用量，时间，温度，PH值等对其成分的影响。

通过实验研究亚硫酸盐预处理中各个参数（NaHSO₃、H₂SO₄用量，蒸煮段最高温度、保温时间）对棉杆糖化效果的影响，并对预处理条件进行了优化，以求得SPORL法应用于棉杆纤维的最佳预处理条件，为工业化生产提供参考。

实验内容：用不同的反应条件对原料进行预处理，求得最后的底物酶解糖化率，对预处理条件（NaHSO₃、H₂SO₄用量，蒸煮段最高温度、保温时间）进行优化；检测蒸煮黑液中乙醇发酵的抑制物（糠醛和羟甲基糠醛）的含量，与其他预处理方法进行比较。

4. 研究创新点

采用了高效液相色谱（HPLC)分析预处理后底物成分，确定预处理前后原料的化学组分的变化；采用DNS法检测酶解糖化后酶解液的葡萄糖浓度，计算酶解转化率。并打破在原有PH基础上的转化效率以及研究是否拥有化学药剂能进行催化提高转化率。