纤维素水解（精选四篇）
纤维素水解 篇1
我国是农业大国,农作物秸秆年产量为7亿t左右,在农村相当一部分的秸秆直接燃烧,造成环境污染。秸秆中的纤维素被认为是最具开发潜力的生物质能源,但其独特的化学组成和结构特性, 抑制了其高效转化为可发酵糖。目前,纤维素预处理法主要是酸处理法、蒸汽爆破法和酶水解法。其中技术比较成熟的是稀硫酸水解法[1,2],虽然可提高水解率,但由于硫酸的腐蚀性,需要采用耐腐性的反应器,且反应完成后,酸回收困难,直接排放又会污染环境等。酶水解反应条件温和,糖产率高, 但周期较长[3]。研究发现酯类物质在近临界和超临界水中可以在没有催化剂的情况下进行快速水解反应,从而引发了纤维素在超临界水中的水解反应的研究。超/亚临界水法水解生物质是一种生物质资源利用的新技术,具有反应速率快、无溶剂污染、 转化率高等独特优点,但目前在技术上还不成熟。
1纤维素超临界水解反应机理
纤维素是由多个葡萄糖分子通过B - 1,4 - 糖苷键连接而成的链状生物大分子,而分子链中和链间存在氢键,使其形成稳定的结晶结构,要想水解首先要打破这种结晶结构。研究发现在超/亚临界水条件下,纤维素不仅链中和链间氢键断裂,结晶结构被打破,且在高温下产生H+,使纤维素在水热处理时的 水解相当 于酸性水 解[4]。asaki和Kabyemela等[5,6]指出纤维素超临界水解产物包括纤维六糖、纤维五糖、纤维四糖、纤维三糖及纤维二糖等一系列低聚糖,进而继续水解为葡萄糖,但在纤维素水解的同时,目标产物葡萄糖也会发生进一步的水解反应,其水解产物为赤藓糖、二羟基丙酮、5 - 羟甲基糠醛、甘油醛、丙酮醛、1,3 - 二羟基丙酮等低分子的醛酸。纤维素水解的主要反应过程如图1所示。
2影响纤维素超临界水解反应的因素
2.1温度
温度的不同会导致水的性质不同,温度升高, 离子积增大,反应速率加快。段媛[8]在不同反应温度下对纤维素水解率进行了研究,研究发现在相同的反应时间下,反应温度越高水解率越大,并且达到最大水解率所需的时间越短,在温度380℃ 达到最大水解率需要60s,而在400℃和420℃时水解率在50s即可达到最大。王艳[7]在纤维素超临界水解温度为380℃时,发现40s时葡萄糖的产率最大,为5. 39% ,在400℃ 和420℃ 时,反应经过10s就可达到葡萄最大糖产率。但实验发现随着温度的升高,纤维二糖和葡萄糖水解产率的提高不明显 ,却大大加速了葡萄糖主要产物5 - HMF的生成速率,即随着反应时间增加,葡萄糖的产率会明显降低,而温度越高,降低的速率越快。
2.2压强
当温度一定时,水的性质随压力变化不大,但在超临界水中水的性质与压力有着密接的关系,如温度410℃压力为30MPa、40MPa、50MPa时水的密度分别为252kg /m3、477 kg /m3、548 kg /m3。在温度400℃压力40MPa时,密度、介电常数和离子积常数分别为0. 52g/cm3、10. 5和3. 31 ×10- 13mol2/ L2; 而压力降至25MPa时,其分别为0. 17g/cm3、2. 4和3. 60 × 10- 20mol2/ L2[9]。巩桂芬[10]等研究了间歇式反应器中0 ~ 25MPa时的压力对纤维素液化率的影响, 研究发现随着压力的增大,液化率也不断增加,在20MPa时呈现最大值,随着压力的进一步增大,液化率反而降低。这是由于随着温度进一步升高,反应时间的增加,液化产物又发生了热解、碳化,重新生成了不溶性物质。
2.3催化剂
Kim[11]等在400℃、30MPa超临界水中水解纤维素,分别考察了无催化剂、加入少量稀硫酸 ( < 32mmol /L) 和加入少量金属硫酸盐时纤维二糖的转化率和葡萄糖的选择性。无催化剂时纤维二糖转化率和葡萄糖的选择性都很低,加入少量稀硫酸和金属硫酸盐催化剂,纤维二糖转化率和葡萄糖选择性都有非常明显的提高,可见稀硫酸和金属硫酸盐对糖苷键水解和提高葡萄糖选择性有明显的催化作用。其中以Cu SO4的作用最为显著,Mg SO4最差。当Cu SO4的添加浓度是3. 2 × 10- 4mol / L, 纤维二糖的转化率为82. 3% ~ 96. 7% ,葡萄糖的产率为44. 6% ~ 51. 5% ,是无催化剂体系中的3 ~ 4倍。
Brunner[12,13]等研究CO2对纤维素液化率和葡萄糖产量的影响时发现,CO2溶于水电离出H+对纤维素酸性水解具有催化作用,相对于稀酸催化水解,在温度低于260℃ 时,加入CO2可以明显提高液化率和葡萄糖产量,但当温度再升高时,CO2的影响可忽略。
3纤维素超临界水解反应装置
3. 1间歇式超临界水解反应装置
由清华大学设计的间歇式反应装置,其反应管体容积仅为5m L,是事先将待反应微晶纤维素粉末及蒸馏水混合均匀后,置于上述反应管中密封,利用盐浴加热,待温度升到设定的温374 ~ 386℃ 时, 将装有物料的反应管浸入盐浴中,停留16 ~ 26s后反应结束,迅速将反应管取出并置于水冷池中数分钟以终止反应,反应管中的压力主要是由反应管中水的饱和蒸汽压公式计算得到,反应过程无法进行压力控制[14]。朱道飞[15]研究反应温度为420℃, 水解10min的微晶纤维素的水解产物,并对其进行GC - MS分析发现微晶纤维素95% 以上都热解成糠醛,2 - 5羟甲基糠醛等小分子化合物,而几乎没有发现还原糖的踪迹,这主要是在还未达到超临界温度360℃左右时,反应管中的微晶纤维素及部分水解产物如葡萄糖等低聚糖已经发生热分解及合成反应,最终转变成糠醛、5 - 甲基糠醛、5羟甲基糠醛和一些含甲基、羟基、羟甲基等官能团的酮类和苯酚类化合物。间歇式超临界水解反应装置如图2所示。
3.2连续式超临界水解反应装置
Kumar[16]利用连续式的反应装置进行超亚临界水水解实验,以微晶纤维为原料,但反应管道内径只有0. 11英寸。为防止纤维素的沉淀堵塞管道,特采用70℃热水加热微晶纤维素并不断搅拌, 使纤维素与水混合均匀。得到浓度为24. 1% 的纤维素浆料,在302 ~ 405 ℃,27. 6MPa时反应2. 5 ~ 8. 1s,还原糖可达58. 9% 。超临界连续式水解装置管道一般小于10mm,较适用于微晶纤维素这种润胀性不高的物料,而对于植物纤维这种润胀性较高的物料,物料的流动性较差,纤维会大量粘附在输送管路和装置的阀门间隙,造成反应系统的堵塞,影响整个装置系统的气密性。连续式超临界水解反应装置如图3所示。
3.3超临界亚临界组合连续式预处理水解反应装置
赵岩[17]通过超临界亚临界组合连续式水解方法制取可发酵糖。通过电子控温系统对预加热系统、超临界反应系统和亚临界反应系统预热,分别设定为350 ~ 370℃、370 ~ 400℃、200 ~ 300℃。超临界反应系统内压力为20 ~ 25MPa,亚临界反应系统压力为5 ~ 15MPa。通过高压进水泵和高压进料泵,将水和生物质原料浆液( 生物质原料与水按质量比1∶ 40 ~ 1∶ 20) 注入预加热系统快速混合后,注入超临界反应系统。初次冷却减压后注入亚临界反应系统,冷却后收集最终产物。小麦秸秆通过超临界亚临界组合预处理与水解,在384℃、19s的超临界条件下和280℃、54s的亚临界条件下发生反应,可获得较 优的可发 酵糖产率,最大产率 为原始小麦秸秆的6. 67% 。同样的,由于生成的可发酵糖主要来源于小麦秸秆中的纤维素部分,由小麦秸秆中纤维素含量为21. 7% ,可以计算出以纤维素为基准的可发酵糖最终产率,为30. 7%[18]。
超/亚临界组合连续式预处理水解反应装置如图4所示。超临界水解反应技术分析及优缺点如表1、表2所示。
4结语
微波辐射下盐酸催化纤维素水解研究 篇2
纤维素的化学途径转化技术就是通过加热法促进其在酸性催化剂中的水解,常用的酸催化剂有硫酸和盐酸。盐酸作为催化剂,反应较稳定,副产物少,废酸可以通过蒸馏进行回收[7]。微波辐射加热具有快速、高效、均匀、灵敏、清洁、无污染、劳动强度低、节能、操作简便等优点。本文把微波这一新颖的加热方法引入到盐酸催化纤维素水解研究中,考察了盐酸浓度、反应时间及微波功率对还原糖收率的影响。
1 材料与方法
1.1 实验材料
实验原料为定量纤维素滤纸,灰分质量分数为0.01%,通过元素分析后计算得出纤维素分子式为(C6H10O5)n ,与标准纤维素分子结构相同。用食品加工机打碎成直径小于1 mm 的粉末作为本实验的试样。
1.2 实验装置
微波实验装置采用MAS-Ⅱ型常压微波合成/萃取反应工作站,其微波功率随设定温度自动变频控制,非脉冲微波连续加热,使反应物料在设定的反应条件下得到最大限度的微波作用。微波最大功率分设10档(300～1000 W),每档在最大功率以内随反应温度自动调节。
1.3 实验方法
在三口烧瓶中按固液比1∶10加入称量好的纤维素粉末和按一定浓度配制的盐酸溶液,置于微波反应工作站中,安装冷凝回流装置并开动搅拌,设定好微波功率、反应温度和反应时间后启动反应。为了保证微波作用的持续性,反应温度取沸腾温度100 ℃。
1.4 分析方法
本实验还原糖浓度采用DNS比色法测定[8],还原糖收率、纤维素转化率按如下公式计算:
还原糖收率undefined
纤维素转化率undefined
2 实验结果与讨论
2.1 酸浓度对还原糖收率的影响
本实验考察了微波功率、反应时间及酸浓度3个因素对纤维素水解过程的影响,实验结果记录见表1。从表1可以看出,在实验考察范围内,在微波功率不变和反应时间相同的条件下,还原糖收率随酸浓度的增加而快速提高。但实际生产过程中,酸的浓度增加对设备的要求也较高,酸腐蚀现象较严重,而且水解液中酸的分离回收成本也较高,因此不希望使用高浓度的酸催化水解。比较表1中实验数据可以得出,在实验考察范围内,当酸浓度为20%,微波功率为500 W时,水解反应50 min还原糖收率达到最大值33%。
2.2 反应时间对还原糖收率的影响
为了更好地考察还原糖收率随反应时间的变化规律,作出微波功率为500 W时,各酸浓度下还原糖收率随时间变化曲线,如图1所示。从图1中可以看出,在水解反应开始阶段,糖收率一般上升很快,50 min或60 min之后收率不再有明显的提高。从反应机理上看,酸浓度达到一定值,[H+]就很容易渗透到纤维素链的内部并打破纤维素大分子的葡萄糖基间的β-1,4糖苷键,纤维素变成了不稳定结构,使得低聚糖、还原糖作为中间产物生成;同时,产生的还原糖在高温酸性下也不稳定,一部分单糖被进一步水解为糖醛、羟甲基糖醛等产物,另一部分生成的单糖还会又缩合成多糖[9]。随着反应时间的延长,水解液中的还原糖浓度逐渐增大,还原糖的水解和缩合速度也逐渐增大,导致在某一时间点开始还原糖转化速度大于生成速度。这几种作用的综合结果使得纤维素水解过程中在还原糖收率在达到极值后将逐渐下降。因此,选择合适的反应时间很重要,一般不宜超过60 min。
2.3 微波功率对还原糖收率的影响
微波辐射功率也是影响纤维素水解的一个重要因素。图2是在各酸浓度下,反应时间同为50 min时,微波辐射功率对还原糖收率的影响。从图中可以看出,在微波功率较低时,还原糖收率随微波功率增大而增大,达到一个峰值后,糖收率将随微波功率的增大而减小,盐酸浓度为8%、14%、17%和20%的几条曲线这一规律尤其明显,峰值都是在微波功率500 W时达到。分析其原因,可能是微波辐射功率较低时,对低聚糖的降解作用也较弱,所以水解所需时间较长,在实验时间范围内,还原糖最大收率也低一些,而微波功率过高时,则容易使中间产物低聚糖直接降解产生副产物,同时还加速了还原糖的分解,所以还原糖最大收率也降低。
2.4 微波条件与常规条件水解工艺的比较
为考察微波辐射对纤维素水解过程的影响,对酸浓度为20%时微波加热水解和常规水浴加热水解进行平行实验,微波辐射功率取500 W。实验结果列于表2,可以看出,两种加热方式下反应时间的影响规律是相似的,纤维素的转化率都是随时间增长而增加,而还原糖收率随反应进行首先是较快增加,到达某一时间点后逐渐趋于平稳或开始下降,在临界点水解液中的还原糖浓度和糖收率均达到最大值。综合比较可以知道微波条件下水解效果要比常规条件下要好,可以在较短的时间和较低的能耗下获得较高的还原糖收率,充分发挥了微波加热速度快,高效,均匀等特性。
对以上平行实验中微波加热50 min及常规水浴加热60 min得到的水解残渣进行红外光谱分析,同时进行分析的还有水解前的纤维素原料,所得红外谱图见图3。图中3200～3600 cm-1、3000～2800 cm-1和1100～1200 cm-1处的吸收峰分别代表了纤维素分子中OH键伸缩振动,CH键伸缩振动及COC不对称伸缩振动,它们是纤维素的特征吸收峰。从图3可知,微波辐射加热和常规水浴加热所得水解剩余物在结构上基本是一致的,且均保存了较好的纤维素结构,对残渣进一步水解实验仍然获得了还原糖,利用价值为纯纤维素的40%以上。因此可以设计成循环工艺,对残渣进行多次水解,既节省了原料又减少了废弃物的排放,保护了环境。
3 结论
微波辐射可以强化纤维素及其降解中间产物低聚糖的水解,提高糖化速率。本实验探讨了各种反应条件对微波辐射水解过程的影响,实验结果表明还原糖收率随酸浓度的增加而提高,水解过程存在最佳微波功率和相应的最佳反应时间;获得了在考察范围内的最佳工艺条件:常压下100 ℃,酸浓度为20%,微波功率为500 W,反应时间50 min;在此条件下,还原糖收率为33%,比平行实验中常规加热提高了13%。利用FT-IR分析了2种加热条件下的水解残渣,残渣均保存了较好的纤维素结构特征。
a.常规条件水解残渣,b.微波辐射水解残渣,c.纯纤维素原料
参考文献
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纤维素水解 篇3
1 实验与分析
1.1 实验材料
1.1.1 纤维材料
选取玉米芯作为实验材料, 玉米芯中纤维含量 (100%) 如下所示:全纤维:39.5%;半纤维:37.0%;灰分7.1%;木质素16.6%。
1.1.2 处理方式
(1) 酸处理方式:玉米芯200G, 固体与液体比例为1比8, 将玉米芯放入浓度为百分之一的稀硫酸溶液中, 在条件为摄氏110度的情况下反应三小时后滤出残渣, 将此残渣通过一定的处理方式, 洗至中性, 经测量, 酸处理后的残渣纤维含量为半纤维6.02%, 纤维56.83%木质素20.21%其他16.94%。
(2) 碱处理方式:玉米芯200G, 固体与液体比例为1比8, 将玉米芯放入浓度为百分之二的氢氧化钠溶液中进行反应。 (室温, 24h) 得出滤渣, 洗至中性, 经测量件处理后的残渣纤维素含量为63.5%半纤维素10.1%木质素14.5%其他11.9%[1]。
1.1.3 酶溶液
纤维素酶溶液:取自制酶溶液若干, 每毫升含有25FPIU。
Cellobiase溶液:取自制cellobiase溶液若干, 每毫升含5CBIU。
1.2 实验方法
FPA和CB酶活性标准参照国际标准测定法进行测量。两者的表示方法用FPIU/m L与IU/m L来进行表示。外切Exocellobiohydrolase利用水解脱脂棉的方式来表示。内切exocellobiohydrolase利用CMC-Na底物来测量活力。酶的活性利用DNS法进行测量。
水解率计算公式为:水解率=还原糖×0.9/底物中纤维素及半纤维素总量×100%
1.2.1 纤维素酶吸附性实验
按照相关公式吸附酶量= (初始状态酶活-酶解液中酶活) /初始状态酶活×100%来进行具体实验, 实验步骤如下:
在三角瓶器皿中放入30克经过处理的纤维底物。将含量为15FPIU放入三角形器皿中使之充分反应, 将该反应的相关p H值调节到4.7, 经反应, 纤维底物的质量数为10.1%, 通过震荡, 得取样品。之后测量该溶液中C1、CMC、CB酶活。
1.2.2 回收复用的实验
取用经过碱处理纤维底物与水的混合液200ML (玉米纤维20G, 单位为15FPIU酶适量, 其余为蒸馏水) 测得溶液的p H值为4.9.环境温度为50摄氏度, 静置48H, 加20G新底物。在加入水, 步骤上同。如此反复。 (溶液体积始终保持在200ML)
2 相关实验结果与讨论
2.1 玉米芯纤维素酶吸附性受影响的关键原因
2.1.1 粒度
实验取底物粒度为20目及100目的玉米纤维底物吸附差异作为比较, 底物为20目和底物为100目的CB酶的吸附量吸附情况不佳, 没有超过19.5%。底物粒数为20目的玉米芯纤维酶和100目的纤维酶相比, 吸附量较低, 这种现象的出现时由于玉米芯纤维的面积较大, 粒度较小, 被吸附的概率也随之减小。
2.1.2 酸处理和碱处理的环境影响
玉米芯纤维只要是经过处理, 玉米芯中所含的CB酶都呈游离状出现。上述实验可知, 对玉米芯底物进行处理之后, 对原玉米芯中所含的CMC、C1两种酶的吸附性影响极大。没有经过酸处理与碱处理的玉米芯纤维的纤维物质都较为紧实。因此, 纤维酶在反应的时候体现不出良好的可及性。但经过预处理之后的玉米芯纤维三种酶的吸附性显著性提高。
2.1.3 酸碱度的影响
当p H值为4.8的时候, CMC酶被大量的吸附于纤维底物中, 峰值可以达到98%, 且性质相对稳定;C1酶在反应初期尚有一丝波动, 但过了6H之后, 吸附量明显增加, 吸附量峰值可达到95.5%。在p H值为4.2的环境下, CMC酶吸附峰值能够达到90%以上, C1酶的水解情况呈下降趋势。在p H值为5.5的环境下, CMC酶吸附率依然高, 但C1吸附量明显下降。在三种p H值环境下, CB酶始终都呈游离状态。
2.1.4 温度影响因素
致使玉米芯纤维中酶分子反应速率不同的根本原因在于反应温度不同。在实验环境设定在50摄氏度的时候, CMC酶在1小时内的吸附量便达到了98.5%.在反应的过程中出现过细微的波动。C1酶在6H内在溶液中呈游离状态存在, 6H后观察吸附量呈上升趋势。6—24H内吸附量峰值能够达到90.5%。将实验温度设定在在40摄氏度的时候, CMC酶的吸附量在1—4H的时候呈上升趋势, 在4H之后呈下降趋势。反应10H的时候, 该种类酶吸附量可达80%。而C1酶在同样条件下, 峰值测量其吸附量仅有72.5%。在一般情况下, 反应环境温度低, 能使酶的反应更具活跃性, 但对于玉米芯中纤维素酶来讲, 最佳反应温度为50摄氏度。在此温度下, 有利于酶的吸附。
2.2 酶回收复用相关实验
(1) 从上述结果可知, 玉米芯纤维素酶在反应温度为50摄氏度, p H4.9的环境下C1和CMC两种酶能够大量被吸附在纤维上。 (质量分数10%) 在反应中, CB酶是呈游离状态存在于溶液中的。当酶完全融溶解情况下, 通过观察可以看出玉米芯上仍然有大量的CMC酶以及C1酶。这时, 可以利用cellobiase和玉米芯纤维素酶进行继续试验。
(2) 利用cellobiase进行反应的过程中, 要加入适量 (cellobiase) 新的底物进行反应
利用补加cellobiase的方式对分解酶是有效。试验次数越多, 酶的活性就会越弱, 水解率也会随之变小。
(3) 利用纤维素酶进行反应的过程中, 加入适量含有纤维素酶的底物进行再反应。在再实验的过程中, 虽然添加了纤维素酶进行反应, 但水解率并没有明显的变化。
(4) 在反应溶液中同时加入两种酶, 当第一次完全反应完毕后, 加入经过处理的底料, (两种酶的单位用量分别是41U的cellobiase以及7.5FP1U的纤维素酶。多次反应后, 可以观察计算得出该种方式的水解率均超过百分之八十。这种方法理论上可以节约一半的纤维素酶。该项研究成果对废物的酶法糖化有着极其重要的现实作用。
3 相关结论与分析
3.1纤维底物的表面积越大, 对纤维素酶的吸附能力就越有帮助。经过酸碱处理, 可以对吸附结果造成一定的影响。由于酸碱与处理的方式不尽相同, 对纤维底物的相关影响也不同。经过试验证明, 利用件处理方式进行试验的显著性要明显大于酸处理方式的显著性。
3.2 在条件为50摄氏度, p H为4.8的环境下, C酶与CMC酶能够完全吸附于玉米芯中, CB酶在反应溶液这种呈游离状态。
3.3通过将试验3的相关结论能够明确看出, 在反应物中同时加入两种酶, 能够将酶的水解率提高到百分之八十以上, 还能在一定程度上减少纤维素酶的使用量。进而将处理成本在很大程度上予以降低。
参考文献
[1]陈洪章, 李佐虎.影响纤维素酶解的因素和纤维素酶被吸附性能的研究[J].化学反应工程与工艺, 2011 (06) :232-240.
纤维素水解 篇4
关键词：金属离子,Tween80,纤维素酶,玉米秸秆
纤维乙醇作为一种清洁的可再生能源,研究越来越受到重视[1],纤维素酶是一类能够将纤维素降解为葡萄糖的多组分酶系的总称[2],它们协同作用分解纤维素产生葡萄糖[3]。在纤维素酶水解玉米秸秆的过程中,纤维素酶不可逆地吸附在木质素表面,使纤维素酶的活性降低,水解速度下降[4,5]。在纤维素酶解过程中添加表面活性剂能阻止木质素对纤维素酶的无效吸附,提高纤维素酶解的反应速度[6]。某些金属离子是酶的重要组成部分,金属离子是纤维素酶的激活剂[7]。论文研究了不同金属离子与表面活性剂对纤维素酶水解玉米秸秆的影响。
1实验材料与方法
1.1实验材料
1.1.1供试材料
玉米秸秆为中性蒸爆玉米秸秆;纤维素酶为泽生生物1 300型酶,酶活为100 IU/m L。
1.1.2 1M柠檬酸缓冲液
称取210.00 g柠檬酸于750 m L煮沸冷却的蒸馏水中,加入NaOH 74.8 g,充分溶解后转移到1 000 m L容量瓶中,用煮沸冷却的蒸馏水定容到1 000 m L。
1.2实验方法
1.2.1反应体系
50 g反应体系,玉米秸秆10%,1 300型酶加量1 g(0.2 g/g干基),2.5 m L 1M柠檬酸缓冲液,调pH值5,温度50℃,酶解3 h。
1.2.2标准葡萄糖曲线的绘制
配制每1.5 m L含葡萄糖1、1.2、1.4、1.6、1.8、2 mg的标准糖液一组,在25 m L试管中加入1.5 m L标准糖液、3 m L DNS试剂,沸水中煮5 min,冷却至室温后,加水至25 m L,在可见分光光度计550 nm处,以水为空白对照,测吸光度,以吸光度为横坐标,葡萄糖毫克数为纵坐标,作出标准曲线。
1.2.3 DNS法测滤纸酶活
滤纸酶活采用DNS法[8]。
1.2.4金属离子对纤维素酶水解的影响
考察了Ag+、Cu2+、Mn2+、Zn2+和Mg2+共5种金属离子对纤维素酶水解的影响,在50g反应体系中,加入不同浓度的金属离子盐溶液,50℃酶解3 h后,离心取上清液测吸光度,据葡萄糖标准曲线计算反应液中的葡萄糖含量。
1.2.5表面活性剂对纤维素酶水解的影响
考察了Tween80,TritonX—100,洗衣粉3种表面活性剂对纤维素酶水解的影响,在50 g反应体系中,加入不同浓度的表面活性剂,50℃酶解3 h后,离心取上清液测吸光度,据葡萄糖标准曲线计算反应液中的葡萄糖含量。
2实验结果与讨论
2.1葡萄糖标准曲线
以吸光度为横坐标,葡萄糖毫克数为纵坐标,作出标准曲线,其回归方程为:
y=0.546 5x-0.033(R2=0.999 2)。
2.2 金属离子对纤维素酶水解的影响
2.2.1 Ag+对纤维素酶水解的影响
由图1 可知:在Ag+0～0.18 mmol/L时对纤维素酶水解促进作用逐渐增强,再增加Ag+浓度则激活作用减弱,并出现抑制作用,因此,Ag+浓度在0.18 mmol/L时,激活作用达到最强,反应体系中还原糖浓度比不加无机盐的体系提高17.4%。
2.2.2 Cu2+对纤维素酶水解的影响
由图2可知:Cu2+在0.13 mmol/L时,纤维素的水解达到最大值,此时反应体系中还原糖含量为168.89,比不加无机盐离子的提高38.2%。
2.2.4 Mn2+对纤维素酶水解的影响
由图3可知:Mn2+在0.07 mmol/L时,对纤维素酶的激活作用达到最大,反应体系中还原糖含量比不加无机盐离子的提高21%,再增加体系中Mn2+的含量抑制作用明显增加。
2.2.5 Zn2+对纤维素酶水解的影响
由图4可知:Zn2+浓度在0.07 mmol/L时对纤维素酶的激活作用达到最大,反应体系中还原糖含量比不加无机盐离子提高15.0%。
2.2.6 Mg2+对纤维素酶水解的影响
由图5可知:随着Mg2+浓度逐渐增加,对纤维素酶的激活作用逐渐增强,在0.12 mmol/L时激活作用达到最大,此时反应体系中还原糖含量比不加无机盐离子的提高20.5%。
2.3 表面活性剂对纤维素酶水解的影响
2.3.1 Tween80对纤维素酶水解的影响
由图6可知: 加入Tween80能够提高纤维素酶的水解效率,加入Tween80 20 mg/L时,水解效率达到最大,体系中的还原糖含量为148.22 mg,比不加Tween80时提高21.3%。
2.3.2 TritonX—100对纤维素酶水解的影响
由图7可知:加入TritonX—100 40 mg/L时,水解效率达到最大,体系中的还原糖含量比不加TritonX-100时提高19.46%。
2.3.3 洗衣粉对纤维素酶水解的影响
由图8可知:添加洗衣粉对纤维素酶的水解效率影响不大,加入60 mg/L洗衣粉时,水解效率达到最大,还原糖含量比不加洗衣粉时提高9.28%。
3 结论
本实验考察了Ag+、Ca2+、Cu2+、Mn2+、Zn2+和Mg2+共6种金属离子对纤维素酶水解的影响,在一定的浓度下每种金属离子都对纤维素的酶解有不同程度促进作用,但超过一定的浓度金属离子对纤维素的酶解促进作用降低或出现抑制作用,其中Cu2+的促进作用最明显,在pH 5.0、温度50 ℃、玉米秸秆10%,1300型酶加量1g的50g反应体系中,添加Cu2+0.13 mmol/L,在水解3 h后,纤维素酶解效率达到最大值,此时体系中葡萄糖的含量为168.89 mg,比不加无机盐离子的提高38.2%。
考察了Tween80,TritonX—100和洗衣粉3种表面活性剂对纤维素酶水解玉米秸秆的影响,加入一定量的表面活性剂能促进纤维素的酶解,但加入过多也会抑制纤维素的酶解,在pH 5.0、温度50 ℃、玉米秸秆10%,1300型酶加量1 g的50 g反应体系中,添加Tween80 1 mg,在水解3 h后,体系中的还原糖含量148.22 mg,比不加Tween80时提高21.3%。
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