与氯化铵浸渍相关的新型预处理方式全解

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1、ELSEVIERBIORESOURCETECHNOLOGYapplied microbiology bioconversion/biocatalysis biofuels biological engineer!ng biological waste treatment biomass 公证手稿 与氯化铵浸渍相关的新型预处理方式陈鸿章，李冠华，李洪强PII ： S0960 - 8524 （ 13 ） 01741-0DOI ： http:/dx.doi.org/10.1016/j.biortech.2013.11.025 参考： BITE 12645出现在：生物资源技术收稿日期： 2013 年

2、9 月 10 日修订日期： 2013年11月4 日接受日期： 2013年11月10 日引用此文章为：陈，H.,李，G.,李，H.,与氯化铵浸渍相关的新型预处理方式，生物资源技术（ 2013 年） ， DOI ： http:/dx.doi.org/10.1016/j.biortech.2013.11.025这是一个已经被接受发表的 PDF 文件原始稿件。作为手稿的早期版本。这份手稿是进行审 稿，排版，以及回顾之前发布其最终形式的证明。请注意，在发表过程中可能会产生些许错 误，这可能会影响其内容，所有的法律免责条款适用于有关杂志。与氯化铵浸渍相关的新型预处理方式陈鸿章，李冠华，李洪强 生化工程国家

3、重点实验室，过程工程研究所，中国科学院，中国，北京，邮编100190摘要提高氮含量和酶水解是涉及到纤维素乙醇生产的关键工序，用NH4C1预浸后进行蒸汽爆炸 (SE )并对其试验后的氮含量，酶消化性和乙醇产量影响进行研究。结果表明，预处理后 样本中氮含量会增加，这可以作为乙醇发酵的氮源。通过90 g/l NH4CI预浸渍并以1.4 MPa SE的样本最高葡萄糖产量为62.64%，相比于未处理样品和只通过1.4兆帕SE处理的样本 分别高出2.1和0.2倍的效果。相比于未处理样品和只通过1.1 MPa SE处理的样本，通过 135 g/l NH4Cl预浸渍并以1.1 MPa SE的样本乙醇产量分别高

4、出1.93和0.69倍的效果。这 种新型预处理方式相较于常态下的处理极大的提高了氮含量和酶消化性，建议进一步的运用 于工业化生产。关键词：蒸汽爆炸，氯化铵预浸渍，酶解，生物量，乙醇。*通讯作者.电话：+86 10 82627071 ，传真： +86 10 82627064电子邮件地址：hzchen ( H.Z.陈) 简称：SE,蒸汽爆炸;SERS，稻草汽爆;URS，未经处理的稻草。1.简介 全球气候变暖和化石燃料的枯竭导致了能够减少对化石燃料储量依赖的可替代、可再生能源 越来越受到人们的关注 (Moriarty & Honnery, 2012). 由于木质纤维素的大量存在，生物乙醇 产品成为最

5、有前途的生物燃料，这吸引了来自于政府和私人组织的大量关注 (Sarkar et al., 2012). 广泛的研究和试验工厂的试生产为木质纤维素生产乙醇的进一步调研和优化奠定了 基础 (Chen & Li, 2013) . 一般来说，木质纤维素转化为乙醇包含两个步骤：经水解将多糖转 化成单糖和通过发酵将单糖转化成乙醇(Limayem & Rieke, 2012).天然木质纤维素因其具有 高度的抗水解结构导致不能自然进行酶水解。(Jeoh et al., 2007).但人们已作出努力通过各种 预处理来破坏复杂的抗水解结构，而酿酒酵母的培养和发酵显然已能够达到相应氮水平 (Casey & Ingl

6、edew, 1986).然而，稻秆公认属于营养缺乏型(Lau et al.,2008.).因此，额外的营 养补充被视为不可避免的。酵母粉，蛋白胨，铵盐和尿素总是被应用于工业原料。虽然有机 氮源中富含的肽和游离氨基酸，但成本太高。铵常常代替有机氮源，但营养很差。蒸汽爆炸(SE)是最有效的预处理方法之一，由于只需要较低的化学品使用量和能源消耗 已被应用于工业化大生产(Chen & Liu, 2007),蒸汽爆破可以结合物理撕裂或化学降解对材 料进行影响。在快速减压过程中饱和蒸汽能穿透秸秆的毛孔并撕裂大量的气孔，而材料在化 学高温状态下会使其半纤维素和木质素得到降解。由此, 我们可以得出的结论是铵盐

7、可以通 过物理或是化学方式参与到材料的预处理过程中来。因此，建议在蒸汽爆炸前进行氯化铵的 预浸。众所周知氯化铵是强酸弱碱盐，其溶液的pH值是弱酸性。以前的研究已经表明，在 酸性条件下我们可以通过高温来提高半纤维素的解聚(Martin et al., 2002.).相较于SO2和 h2so4, nh4cl的腐蚀性和刺激性较小。更重要的是，在木质纤维素材料中掺入铵盐，在高 温下其中的一些糖醛酸与木聚糖会因酯交联而发生氨解反应 (Wang et al., 1967; Barton et al., 1986).通过比较加入氯化铵预浸渍后蒸汽爆炸的结果，可知氯化铵预浸渍能增强预处理效 果，这是可能是因为

8、铵可以转化为其它类型的氮源存在，这有利于乙醇发酵。 据我们所知，很少有研究将蒸汽爆炸和氮添加工艺结合起来，所以首先我们需要评估蒸汽爆 炸和氯化铵预浸渍结合起来的潜力。需要对预处理后氮含量、半纤维素、纤维素和木质素的 成分变化进行测定。同时还需要根据预处理后酶水解和乙醇产量的效果对预处理的有效性进 行评价。2 材料及其方法2.1 原材料由中国四川省成都的农村地区收集到的水稻秸秆(Oryza sativa)。每份稻草由手工切制成15 厘米大小，用湿布清洁上面灰尘，然后常温下风干。选择的纤维素酶是里氏木霉YG3,平均 滤纸酶活可达到50-60 FPU/ml。在研究中所用分析纯度试剂均购买来自于中国北

9、京化学试剂 公司。2.2 氯化铵预浸渍处理的蒸气爆炸实验将干稻草用以1:1比例的水或氯化铵溶液(90克/升和135克/升)浸渍，并保证在室温下静置 一夜。然后将预浸渍的稻草放入4.5升自主研制的蒸汽爆炸容器中(威海自动化有限公司， 威海，中国)。在1.1或1.4 MPa下进行4分钟的蒸汽爆炸，卸压后可得到汽爆稻草(SERS)。 另一组对照实验为干稻草预浸渍处理(以1:1的比率)，并保证在室温下静置一夜，不进行蒸 汽爆炸，将其作为未处理稻草(URS)。2.3 初步水解、同步糖化以及发酵URS和SERS直接用于同步糖化发酵试验而不进行清洗。URS和SERS的初步水解发生在以醋 酸钠为缓冲液(lOO

10、mM, pH值4.8),装载20 FPU/ g纤维素酶作为底物的水浴摇床上，在50C 下缓慢搅拌36小时。初步水解后，待到温度降低至137 C。根据NH4C1 (9 G/100 g底物)的相 对含量用URS和SERS (未预浸渍的气爆稻草)进行填充再进行发酵实验。在厌氧条件下用 装载有10% (v/v)酵母(酿酒酵母)接种溶液密封发酵36小时。酵母接种物的制备，将1克干 酵母加入到50毫升含20克/升葡萄糖的无菌水中，让其在37C下反应1小时。为了检测不同预 处理方式的差异性，用SPSS对结果进行单因素方差分析。所有的结果的差异性很显著的表 示在 PW0.05 with number of r

11、eplicates of 2。2.4 分析方法2.4.1 化学成分分析使用由Sluiter等人的标准NREL方法测定URS和SERS的化学组合物(Sluiter et al., 2008)。 在30C下将样品在72%H2SO4溶液中用水浴法处理60分钟，然后通过加入蒸馏水将酸溶 液稀释到4%,在121C下高压灭菌1小时。过滤分离出残留物和水后将残留物在105C下 晾干一晚。然后将干燥的残留物在550C下加热3小时，并确定灰分含量。通过加热前后残 留物灰分含量之差可计算出酸性不溶木质素的含量。水解后滤液的主要结构组分(葡聚糖、 木聚糖和半乳聚糖)可在65C下用5mM的H2SO4配以0.5毫升/分

12、钟作为流动周期(Zhang et al., 2013)通过配备了折光率检测器(G1362A)和Aminex HPX-87H的HPLC高效液相层析 仪(HPLC; Agilent 1200, American)得出。样品中酸性可溶木质素是由紫外分光光度计测定。 单糖的初步水解和乙醇的同步糖化发酵后的上清液浓度同样是通过HPLC分析得出。纤维素转化率计算如下：_ amount oPglucose 地-i；amtuni nPGcJIntiiosc (g； i； 9Cdulose convcion广；IOCam tutrit of cd I u lose (1) 0.9和0.95分别是葡聚糖和纤维二糖

13、转化为葡萄糖的换算系数。乙醇产率计算如下：Ethanol yield (%)=EtOH/0.511x(fbiomassx1.11)x100(2) EtOHt是乙醇的重量，f是干燥生物质含葡聚糖的分数(克/克)，干燥生物质是生物质 在发酵开始时的干重， 0.511和1.11分别是葡萄糖转化为乙醇和葡聚糖转化为葡萄糖的换算系 数。2.4.2 测定氮含量和性质将URS和SERS用10倍(V / W)的自来水洗涤三次，以确定氮含量的存在状态。对洗涤后的 样品进行风干。用凯氏定氮法对样品中总氮和不溶性氮含量进行检测 (Jones, 1991). 取0.5 克风干样品、3.5克硫酸钾、0.4g硫酸铜和10

14、ml H2SO4放入凯氏烧瓶中，反应三小时。补水 到100 ml的总体积。硼酸混合物用作指示剂溶液，将消化后产物放入蒸馏装置中。蒸馏后用 盐酸滴定法测定氮含量。可溶性氮含量的计算方法是用总氮减去不溶性氮的含量。2.4.3 潜在抑制剂的分析将5克预处理样品在25毫升蒸馏水中浸泡3小时，然后以8000转/分离心10分钟。糠醛和羟甲 基糠醛的浓度分别用配有UV检测器(G1314B)的高效液相色谱在久280处确定和Eclipse XDB-C18柱在30C用甲醇、水、乙酸混合溶液(40:59.4:0.6, v / v/ v)作为流动相在0.6 mL / min处确定(Xiao et al., 2011)

15、.。甲酸和醋酸的浓度在65C下用配备了折射率检测器(G1362A) 和Aminex HPX-87H柱的H PLC用5mM H 2 SO 4作为流动相0.5 ml/m in处测定。在同一时间， 5克预处理样品在105C下干燥4小时，然后称重。抑制剂含量表示为ng/g的干燥样本。3. 结果与讨论3.1 未处理稻草和气爆稻草中氮含量及其性质氯化铵预浸渍蒸汽爆破实验将会改变稻草中的C/N比。如表一中所示，在蒸汽爆炸之前用氯 化铵溶液预浸渍，可以显著提高稻草中可溶性和不溶性氮中的含量。SERS的氮含量会随氯 化铵用量增加而增加。在1.4 MPa条件下用135 g/l氯化铵溶液预浸渍，能得到4.14%的最

16、高 总氮含量，这样比URS的效果高出2.86倍。结果显示，该预处理方式使超过80%的氯化铵流 入了稻草中，1.4 MPa条件下178C是极其重要的条件，这低于氯化铵的分解温度(330C), 所以在该过程中几乎不损失氮，流入稻草中的氮存在两种状态：水溶性氮源和非水溶性氮源 (Caneque et al., 1998). 进行洗涤可溶性氮似乎更容易扩散出来，这种方法可以用于无机氮 源。不溶性氮也会被提高到1.48%，这比URS高出0.59倍。不溶性氮据推测通过一个不明的 芳香胺的成分与SERS连接。较高的预处理温度下与铵反应，可以从半纤维素和木质素中获 得更多的降解产物(Goto et al.,

17、1993).不溶性氮可以用于有机氮源，在同步糖化发酵过程中 释放。因此，铵可以转化成不同类型的氮资源，并且它可以在乙醇发酵过程中被酿酒酵母利 用。3.2 未处理稻草和气爆稻草的酶解3.2.1 未处理稻草和气爆稻草的酶解与NH4C1溶液预浸渍蒸汽爆破后，URS和SERS随后酶水解36小时。葡萄糖产率如图1 所示。从URS中获得的葡萄糖只有20.11%。SERS可以释放出比URS更多的葡萄糖， 葡萄糖含量范围在46.09至62.64之间。 1.4兆帕下蒸汽爆破用90克/升氯化铵预浸 渍的预处理样品， 其最大葡萄糖产量为62.64%， which was 2.1相较于1.4兆帕蒸汽爆 炸URS预处理

18、样品的高出0.2倍。SERS与URS (1.4兆帕蒸汽爆炸带/不带90克/升氯化 铵预浸渍)的酶解效率比较有显著(P0.05)的提高。结果表明，通过蒸汽爆炸预 处理可提高纤维素的酶水解， 而且可以通过氯化铵预浸渍使预处理的效果得到增强。3.2.2 未处理稻草和气爆稻草的宏观物理结构 预处理会是样本的体积缩小，这是因为破坏了稻草的刚性结构。预处理后纤维会稍 稍凝聚起来，但用手很容易将它们分离开来。预处理过后的纤维表面是粗糙、多孔、 不规则的。在之前也有研究获得相同的结论(Kim & Kim, 2012).氯化铵预浸渍后爆 破的稻草经干燥后明显成暗色.颜色的变化可能与其木质素的化学分级有关。木质素

19、 在降解过程中会融化、分解，并在气爆后沉积在稻草表面 (Liu et al., 2013). 预处理 过程中纤维的物理或化学变化使样本的表面积增大，这能够使它们与酶更好的反应。3.2.3 未处理稻草和气爆稻草的化学成分 作为植物细胞壁主要成分之一的半纤维素因为联立纤维素和木质素阻碍了木质纤维 素的酶水解。通过暴露纤维素晶体结构的方式促进底物和水解酶接触，以达到降低 半纤维素含量的预期效果。预处理气爆后的稻草化学组成成分如表2所示。SERS中 的半纤维素含量变化范围为4.53%到8.14 %,均低于URS (26.5%).化学成分的变 化证明物质的减少主要是半纤维素的减少。用135g/l NH4

20、C1预浸渍在1.4 MPa蒸汽爆 破下半纤维素的去除率可达最高的86.66%半纤维素的减少可将原因归于蒸汽爆破和 NH4Cl预浸渍的协调作用。蒸汽爆破前在弱酸性条件下稻草预浸渍可最大限度的转 化木糖并增强蒸汽爆破破坏稻草结构 (Chen et al., 2011). 在气爆过程中，半纤维素 与纤维素、木质素的糖苷键会在一定程度上自动水解从而释放压力。这使得半纤维 素在热水中部分降解融化 (Chen & Liu, 2007). 糖醛酸与木聚糖的酯键氨解后产生 的氨离子可通过切割半纤维素与木质素的连接键与木质纤维素发生反应(Wang et al., 1967). 先前也有研究表明，氨甲基纤维素复合

21、物的形成会使纤维素结晶度减少并提 高纤维素的敏感度(Goto & Yokoe, 1996).伴随着半纤维素的降解，纤维素的含量明 显的从36.46%提高到50.2%。酶水解过程中纤维素的保留使糖含量得到提升。有趣 的是，在预处理稻草中酸溶木质素含量似乎比URS低，这表明预处理后部分木质素 发生了化学变化。 这可能是因为热蒸汽使醚键断裂从而使一些酸溶性木质素从细胞 壁被释放出来(Wang, et al., 2012).然而，我们可以从SERS中检测到非酸溶性木质素 增加了，这是由于半纤维素的降解和水萃取(Liu et al., 2013).通常，用氯化铵预浸渍 蒸汽爆破是一种有效去除半纤维素、木

22、质素，并破坏纤维素晶体结构的预处理方式。3.3未处理稻草和气爆稻草的乙醇发酵3.3.1未处理稻草和气爆稻草的乙醇产量显然新颖的预处理方式会导致更多的乙醇产出。由于URS酶水解产生的葡萄糖浓度 很低导致乙醇产量只有16.22%。但是， 乙醇产量并不与葡萄糖浓度成一致关系。在 1.1 MPa压强下与135 g/l NH4C1预浸渍可以得到最高的乙醇产量47.59 %，这高于 URS1.93倍，高于只1.1 MPa压强下气爆预处理样品0.68倍(Fig. 2). SERS (1.1 MPa气 压下蒸汽爆破参/不参135 g/l NH4Cl预浸渍处理)的乙醇产量与URS相较有显著提 升(pW0.05)

23、.虽然SERS (1.1 MPa气压下蒸汽爆破加NH4Cl预浸渍处理)的乙醇产量 随氮源含量的增加而增加，但90 g/l与135 g/l氯化铵差异不大。需要指出的是SERS (1.1 MPa 气压下蒸汽爆破 90 g/l NH4Cl 预浸渍样本) 中的氮源含量足够酿酒酵母 生长。较高的压强下蒸汽爆破并不能显著提高乙醇产量。这可能是因为在蒸汽爆破 过程中产生了抑制剂。以前的研究表明在高浓度的糠醛、5 - 羟甲基糠醛或乙酸中 酿酒酵母的发酵能力较差(Alvira et al., 2010).经常会在蒸汽爆破过程中产生多种潜 在抑制剂。抑制剂的动力学研究表明抑制剂的形成随处理压强和时间的增加而增加

24、(Zhang et al., 2013),因此在1.4 MPa气压下比1.1 MPa.压强下蒸汽爆破能产生更多 的潜在抑制剂。虽然在1.4 MPa 气压下蒸汽爆破能产生更多的葡萄糖，但酿酒酵母 的发酵能力会受到抑制剂的阻碍。3.3.2未处理稻草和气爆稻草中潜在抑制剂的形成蒸汽爆破预处理是一个可溶性成分高温化学反应后接水解反应的混合反应过程。半 纤维素与木质素被溶解在液体中。糠醛是戊糖的脱水产物而5 - 羟甲基糠醛是己糖的 脱水产物。糠醛和5 - 羟甲基混合降解产生甲酸。半纤维素中的乙酰基产生乙酸 (Zhang et al., 2013). 这些呋喃衍生物和弱酸似乎对酶活性和乙醇生产具有极强的抑

25、 制作用。更主要的是，这些化合物存在的负交互作用可能会加剧抑制作用(Barakat et al., 2012).表3总结了SERS中所包含的弱酸和咲喃衍生物。通常情况下，甲酸和乙酸 与低的预处理温度可以阻碍抑制剂的形成。这个猜测可以解释乙醇产量和葡萄糖产 量之间不一致的问题。过去的研究表明在蒸汽爆破前用稀酸预浸渍会导致产生大量 的抑制剂(Martin et al., 2002.).在本研究中相比于单一蒸汽爆破，用氯化铵预浸渍处 理后蒸汽爆破产生的抑制剂没有显著上升。3.4 氯化铵预浸渍爆破与其他相关预处理方法的比较图表对比了稀酸蒸汽爆破预处理(SE-H2SO4) (Varga et al.,

26、2004),蒸汽爆破预处理 (SE) (Garcia-Aparicio et al., 2007),氨纤维爆破(AFEX) (Alizadeh et al., 2005),氨水预 处理(AA) (Salvi et al., 2010),热水预处理(LHW) (Kim et al., 2009)和稀酸预处理 (DA) (Lu et al., 2007)中的相关处理条件、氮含量、成分的降解和酶水解(Table 4).氨 纤维爆炸和氨水预处理是最常用的氨化处理。氨纤维爆炸能提高碳水化合物(纤维素 和半纤维素)转化为可发酵的糖和提高预处理样本的氮含量(Urribarrf et al., 2005).虽

27、 然氨纤维爆炸只产生固体材料，而小的半纤维素和木质素能够被除去。但是氨的回 收和再循环是个复杂且高成本的过程。氨水预处理可提高氮含量，但由于具有高发 挥性和刺激性气味，使用率相对较低 (Salvi et al., 2010). 热水预处理是一个绿色的 预处理过程，无化学添加剂，但能源和水消耗很大。蒸汽爆破和稀酸预处理的一个 巨大优势在于去除半纤维素上(超过70%). 但是，这些预处理后的混合产物氮含量较 低。用氯化铵预浸渍后蒸汽爆破处理是一个提高氮含量和增强酶水解的耦合过程。新颖预处理方式具有处理周期短、几乎不损耗氯化铵、不添加腐蚀性或刺激性化学 药剂和高葡萄糖产量等优势。同步糖化发酵的主要问

28、题在于酶促糖化和发酵的最佳温度不同。这项研究表明在预 水解阶段将温度维持在50 C以下可以提高水解速率，但随后的同步糖化发酵需在适 宜的温度(37 C).酶消化率受酶活性、酶用量和反应时间等的影响，我们初步研究表 明最佳乙醇发酵在酶量为20 FPU/g下预水解反应36小时(Chen & Li, 2013).因此，这 被视为酶水解和乙醇生产的适宜条件(Chen & Li, 2013).本实验方法的乙醇产量相 较于不额外添加外部有机氮源的其他方法较低，但用氯化铵预浸渍后蒸汽爆破相较 于单一蒸汽爆破得到的乙醇产量显著提升。有人指出，在引入氨可以部分替代酒精 发酵中的有机氮源。因此，新的预处理方法值得

29、进一步研究。结论本研究结果表明通过氯化铵预浸渍蒸汽爆破处理后氮源含量得到增加，通过半纤维 素的降解和纤维素与木质素的改良提高了酶解效果。由于较低的蒸汽爆破压强减少 了抑制剂的生成。因此，乙醇发酵效果得到加强。 新颖预处理方式具有处理条件温 和、不污染环境、高葡萄糖产量和多种增氮方式等优势，因此该方面是值得研究的， 并建议进一步进行工业应用。附录 A. 补充数据 致谢This research received financial support from the National Basic Research Program of China (973 Project, No. 2011CB7

30、07401), the National High Technology Research and Development Program of China (863 Program, SS2012AA022502), and the Beijing Key Laboratory Program of Cultivation and Development Engineering of science and technology innovation base (Z13111000280000).参考文献1 Alizadeh, H., Teymouri, F., Gilbert, T.I.,

31、 Dale, B.E., 2005. Pretreatment of switchgrass by ammonia fiber explosion (AFEX). Appl. Biochem. Biotechnol. 124,1133 1141.2 Alvira, P., Tomas-Pejo, E., Ballesteros, M., Negro, M., 2010. Pretreatment technologies for an efficient bioethanol production process based on enzymatic hydrolysis: a review.

32、 Bioresour. Technol. 101, 4851-4861.3 Barton, F.E., Wolsink, J.H., Vedder, H.M., 1986. Near infrared reflectance spectroscopy of untreated and ammoniated barley straw. Anim. Feed. Sci. Tech. 15, 189-196.4 Barakat, A., Monlau, F., Steyer, J.P., Carrere, H., 2012. Effect of lignin-derived and furan co

33、mpounds found in lignocellulosic hydrolysates on biomethane production. Bioresour.Technol. 104, 90-99.5 Caneque, V., Velasco, S., Sancha, J., Manzanares, C., Souza, O., 1998. Effect of moisture and temperature on the degradability of fiber and on nitrogen fractions in barley straw treated with urea.

34、 Anim. Feed Sci. Tech. 74, 241-258.6 Casey, G.P., Ingledew, W.M., 1986. Ethanol tolerance in yeasts. CRC Crit. Rev. Biotechnol. 13, 219-280.7 Chen, H.Z., Li, G.H., 2013. An industrial level system with nonisothermal simultaneous solid state saccharification, fermentation and separation for ethanol p

35、roduction. Biochem. Eng. J. 74, 121 -126.8 Chen, H.Z, Liu, L.Y., 2007. Unpolluted fractionation of wheat straw by steam explosion and ethanol extraction. Bioresour. Technol. 98, 666-676.9 Chen, W.H., Pen, B.L., Yu, C.T., Hwang, W.S., 2011. Pretreatment efficiency and structural characterization of r

36、ice straw by an integrated process of dilute-acid and steam explosion for bioethanol production. Bioresour. Technol. 102, 2912-2924.10 Garcia-Aparicio, M.P., Ballesteros, M., Manzanares, P., Ballesteros, I., Gonzalez, A., Negro, M.J., 2007. Xylanase contribution to the efficiency of cellulose enzyma

37、tic hydrolysis of barley straw. Appl. Biochem. Biotechnol. 137, 353-365.11 Goto, M., Yokoe, Y., 1996. Ammoniation of barley straw. Effect on cellulose crystallinity and water-holding capacity. Anim. Feed Sci. Tech. 58, 239-247.12 Goto, M., Yokoe, Y., Takabe, K., Nisikawa, S., Morita, O., 1993. Effec

38、ts of gaseous ammonia on chemical and structural features of cell walls in spring barley straw. Anim.Feed Sci. Tech. 40, 207221.13 Jeoh, T., Ishizawa, C.I., Davis, M.F., Himmel, M.E., Adney, W.S., Johnson, D.K.,2007. Cellulase digestibility of pretreated biomass is limited by cellulose accessibility

39、. Biotechnol. Bioeng. 98, 112-122.14 Jones, J.B., 1991. Kjeldahl Method for Nitrogen (N) Determination. Micro-Macro Publishing, Athens.15 Kim, S., Kim, C.H., 2012. Bioethanol production using the sequential acid/alkali-pretreated empty palm fruit bunch fiber. Renew. Energ. 54, 150-155.16 Kim, Y., Mo

40、sier, N.S., Ladisch, M.R., 2009. Enzymatic digestion of liquid hot water pretreated hybrid poplar. Biotechnol. Progr. 25, 340-348.17 Lau, M.W., Dale, B.E., Balan, V., 2008. Ethanolic fermentation of hydrolysates from ammonia fiber expansion (AFEX) treated corn stover and distillers grain without det

41、oxification and external nutrient supplementation. Biotechnol. Bioeng. 99, 529-539.18 Limayem, A., Ricke, S.C., 2012. Lignocellulosic biomass for bioethanol production: current perspectives, potential issues and future prospects. Prog Energ Combust, 38, 449-467.19 Liu, Z.H., Qin, L., Jin, M.J., Pang

42、, F., Li, B.Z., Kang, Y., Dale, B.E., Yuan, Y.J., 2013. Evaluation of storage methods for the conversion of corn stover biomass to sugars based on steam explosion pretreatment. Bioresour. Technol. 132, 5-15.20 Lu, X., Zhang, Y., Yang, J., Liang, Y., 2007. Enzymatic hydrolysis of corn stover after pr

43、etreatment with dilute sulfuric acid. Chem. Eng. Technol. 30, 938-944.21 Martin, C., Galbe, M., Nilvebrant, N.O., Jonsson L.J., 2002. Comparison of the fermentability of enzymatic hydrolyzates of sugarcane bagasse pretreated by steam explosion using different impregnating agents. Appl. Biochem. Biot

44、ech. 98-100, 699-716.22 Moriarty, P., Honnery, D., 2012. What is the global potential for renewable energy? Renew. Sust. Energ. Rev. 16, 244-252.23 Salvi, D., Aita, G., Robert, D., Bazan, V., 2010. Ethanol production from sorghum by a dilute ammonia pretreatment. J. Ind. Microbiol. Biotechnol. 37, 2

45、7-34.24 Sarkar, N., Ghosh, S.K., Bannerjee, S., Aikat, K., 2012. Bioethanol production from agricultural wastes: An overview. Renew. Energ. 37, 19-27.25 Sluiter, A., Hames, B., Ruiz, R., Scarlata, C., Sluiter, J., Templeton, D., Crocker, D.,2008. Laboratory Analytical Procedure. Determination of str

46、uctural carbohydrates and lignin in biomass. Technical Report: NREL/TP-510-42618. National Renewable Energy Laboratory, Golden. Co, USA.26 Urribarrf, L., Ferrer, A., Colina, A., 2005. Leaf protein from ammonia-treated dwarf elephant grass (Pennisetum purpureum) schum cv. mott). Appl. Biochem. Biotec

47、hnol. 122, 721-730.27 Varga, E., Reczey, K., Zacchi, G., 2004. Optimization of steam pretreatment of corn stover to enhance enzymatic digestibility. Appl. Biochem. Biotechnol. 114, 509-523.28 Wang, K., Jiang, J.X., Xu, F., Sun, R.C., 2009. Influence of steaming explosion time on the physic-chemical

48、properties of cellulose from Lespedeza stalks (Lespedeza crytobotrya). Bioresour. Technol.100, 5288-5294.29 Wang, P., Bolker, H., Purves, C., 1967. Uronic acid ester groups in some softwoods and hardwoods. Tappi 50, 123124.30 Wang, W., Yuan, T.Q., Wang, K. Cui, B.K., Dai, Y.C., 2012. Combination of

49、biological pretreatment with liquid hot water pretreatment to enhance enzymatic hydrolysis of Populus tomentosa. Bioresour. Technol. 107, 282286.31 Xiao, L.P., Sun, Z.J., Shi, Z.J., Xu, F., Sun, R.C., 2011. Impact of hot compressed water pretreatment on the structural changes of woody biomass for bi

50、oethanol production. Bioresources, 6, 1576-1598.32 Zhang, Y.Z, Wang, L., Chen, H.Z, 2013. Formation kinetics of potential fermentation inhibitors in a steam explosion process of corn straw. Appl. Biochem. Biotechnol. 169, 359-367.图形Fig. 1. 未处理稻草及气爆稻草的酶水解Fig. 2.未处理稻草及气爆稻草36h同步糖化发酵后乙醇产量Table1 未处理稻草与气爆

51、稻草中氮含量Table! Nilrogen contained in untreated rice straw and. steam-exploded rice strawMH止Cl preimpregnaticn (g/00 g substrate )URSSERSSERS0LI MPa13.501.4 MPa13.5Tonal nilrogeh.07+0.041.250.033.150_083530.03l.33O.O33.220.074.140.04Insoluble nitrogen0.930.071.02 0.06.220.071360.07l.060.0LI37O.O7L480.0

52、1Soluble nitnsgen0.140.231.932570.271.852.66Retained total nitrogen (% added)-&83280.96-9L29869Retained inoliuble. niLrogcn (% added)-739畀了11451034Values arc the mean of two replicatioiisSD.Table 2.未处理稻草与气爆稻草半纤维素损失(%)和化学成分变化NHi Cl g/lOOgl substrate)CelHCelAS.AILAshlos& ofHeel (%)URS36.461.0226.5.S2.

53、7&tfl.O611360.22I324JO.66SERS-4720.638.14O.S1.12.03ll.250.ll113MJ677.0J1. MPa94S.790.756.111.641.67.13I4.73O.S4l3.54iJ0.7483.3113547.470.685J5zt0.361.620.07I4.6O23l4.62dO.S583.29SERS-49.44-i.8J5.3510.63l.23ifl.O312.71 2.3112.99I.13S5.241.4MPa50.2fl.744.77l1.44iJ0.CSI2.ll2.26l2.4Sifl.92歸213548.431056

54、l.37.0312.370.6912 64土 1 06B6.67Table 2 HEmirElhilo胆 losses and chemical composition changes of untreated rice straw and stEam-explod-Ed rice straw (啜：).Cel: cellulose. HCeli: hemicellulose., ASL: acid-SQluible lignin, AIL: acid-msolublje lignin. Values arc ihc mean of two replialio-risSD.Table 3 未处

55、理稻草与气爆稻草的潜在抑制剂Table 3 Potnlial inhibitcirs in untncalcd rice Elraw and stcanvcxpludcd rice &trawFurfural唤HMF ng胆Formic acid ng/gAcetic acid ng/gSERS (1.1 MPa)47 38 5.734l.240.483291.Z5 279.324127.02 506.51SERS (1.4 VPa)74.067.560.1 0.463%2.16320.4&4f42.91 414.65SERSflMPa, 90g/l NHClf45.75 4434.74 2.

56、243091.3 a 128.813594.66h62.2ISERS 门MPa, I.35g/1NH|C1)39.92d6.3930.570.323083.753.5732MJ5 153.84SERS Cl.4 MPa, 90g/1 (NH4C)56.076.l25l.310.1235 50.46 46.%4220.22 321.75SERS (l.4MPa? 135 g/1 (NHCI?54.96 5.35l.060.983544.171326.554590.46 B6.37Values arc the mean of iwo repLicationsiSD.Table 4氯化铵预浸渍蒸汽爆

57、破预处理与其他预处理方法比较Table 4 Conarjson of 班cam explosion associnlcd wilti amnionium dilcridc preimpregrution and other pretfcaLmcnL methods.MethodsSeverityScIccLivily ncmavalNilmtcri contentEnzyme digestibility (%fenzymc loading, liniSE-NHjCJlS0DC?4min,83% loss of xyians十M-.26% (20 FPU/g. 36 h)9 f/ICO g tb

58、icmaslSE-HnSO,210 T? 2 min,85% loss of xyians83 (25 FPU/e 72 h)l9g/IOO (biofnasilSE210 10 minxylans wais lowicrt2OFPU/g?24h)than 3.8AFEX100 ,5 min.-+FPU/. 1.68 hl1:1 (anunonia)AA160 nC, 1 L44% Ides of ligntni4-73 (6C FPU/氐 24 h)4g/00 g fammonia)35% loss of iiansLHW20010 min62% loss of xylans54% (20

59、FPU/fr 24 h)DA12043 min77% losfiof xylans70 (22 FPU/g, 38 h)19 抄 100 呂(biomass、未处理稻草, B: 气爆稻草 (1.1 MPa), C: 气爆稻草 (1.4 MPa), D: 气爆稻草(1.1MPa ， 90 g/l NH4Cl), E: 气爆稻草(1.1 MPa ， 135 g/l NH4Cl), F: 气爆稻草(1.4MPa ,90 g/l NH4CI), G:气爆稻草(1.4 MPa ,135 g/l NH4C1).酶水解通过将2 g样品以38 ml的50 mM醋酸缓冲液中，配以每克干重纤维素20 FPU在pH

60、 4.8, 50 C的条 件下130 rp m离心36 h.Fig.2.未处理稻草及气爆稻草36h同步糖化发酵后乙醇产量A: 未处理稻草, B: 气爆稻草 (1.1 MPa), C: 气爆稻草 (1.4 MPa), D: 气爆稻草(1.1MPa ， 90 g/l NH4Cl), E: 气爆稻草(1.1 MPa ， 135 g/l NH4Cl), F: 气爆稻草(1.4MPa , 90 g/l NH4CI), G:气爆稻草(1.4 MPa , 135 g/l NH4C1).用NH4C1 (9 g/100 g substrate) 填充未处理稻草与气爆稻草 (不预浸渍). 10% (v/v) 酵母 (酿酒酵母) 为 接种溶液.在pH为4. & 37 C下发酵36h。摘要蒸汽爆破与氯化铵预浸渍相关预处理实验研究 水稻秸秆中添氮利于乙醇发酵预处理后水稻秸秆发酵能力得到提高