楊木廢棄物濕氧化預處理提高酶解效率的工藝研究

房桂干　劉姍姍　沈葵忠

(1.中國林業科學研究院林產化學工業研究所，國家林業局林產化學工程重點開放性實驗室，

生物質化學利用國家工程實驗室，江蘇省生物質能源與材料重點實驗室,江蘇南京,210042；

2.中國林業科學研究院林業新技術所，北京，100091；3. 齊魯工業大學,山東濟南,250353)

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·楊木廢棄物·

楊木廢棄物濕氧化預處理提高酶解效率的工藝研究

房桂干1, 2劉姍姍3沈葵忠1, 2

(1.中國林業科學研究院林產化學工業研究所，國家林業局林產化學工程重點開放性實驗室，

生物質化學利用國家工程實驗室，江蘇省生物質能源與材料重點實驗室,江蘇南京,210042；

2.中國林業科學研究院林業新技術所，北京，100091；3. 齊魯工業大學,山東濟南,250353)

摘要：對楊木廢棄物制生物燃料的濕氧化預處理條件進行優化實驗。研究表明,濕氧化預處理楊木廢棄物的最佳工藝為：初始pH值10,溫度195℃,最佳保溫時間15 min,氧壓1.2 MPa。所得物料得率為51.7%。酶解優化工藝條件為：酶解溫度49℃，酶解時間56 h,酶用量38 FPU/g。其他條件為：pH值4.8,固液比1∶50,酶解纖維素轉化率為96.4%。濕氧化預處理過程使原料中的半纖維素含量由18.7%降到1.43%,Klasson木素含量由23.6%降到13.5%；木素溶出率為43%,半纖維素溶出率為 92%。X射線衍射分析顯示原料的結晶度從57.4%降到了54.8%；掃描電鏡顯示濕氧化預處理后纖維的細纖維化程度增強；高效液相色譜顯示預處理分離液中木糖含量較高,并含有單糖降解產物如乙酸、甲酸和糠醛等單糖降解產物。濕氧化預處理可以較大幅度地降解或脫除原料中的木素和半纖維素,改變原料的結晶結構,增加了可酶解性,提高了物料中纖維素轉化率。

關鍵詞：楊木廢棄物；濕氧化預處理；預處理條件；可酶解性

Pretreatment of Poplar Wood Residues Using Wet Oxidation to Enhance Enzymatic Digestibility

由木質纖維素生物質生產生物液化燃油或生物乙醇,是當今世界生物質高值化利用的主要途徑。開發經濟高效的木質纖維素類生物質預處理技術,是這一利用過程中的重點和難點,預處理的目標是打破纖維素的致密結構以及木素和半纖維素對纖維素的包裹,破壞纖維素的結晶結構,或使纖維素、半纖維素與木素相對分離,從而提高后續液化的適應性和催化效率,或酶解劑對纖維素的可及度,使碳水化合物易于轉變成可發酵糖。常用的生物質預處理技術一般可以分為物理法、化學法、物理化學法和生物法或其組合方法。本實驗探討的濕氧化預處理技術,屬于物理化學法預處理技術范疇。濕氧化法[1-2]是通過加熱、高壓、堿性環境、水和氧氣的共同作用處理纖維原料,降解木素和半纖維素,膨化纖維素,有利于提高水解效率或增加生物質液化的適應性。通常采用Na2CO3等弱堿性化學品來調節濕氧化預處理分離液的pH值呈堿性,在這種環境中可以防止纖維素的降解,還可以限制產生糠醛等副產物。有研究表明[3],在預處理溫度195℃、預處理時間15 min、Na2CO3含量2 g/L、氧壓1.2 MPa的條件下,對濃度為60 g/L的麥草進行預處理,可以較大程度地提高纖維素酶解率。而且與其他預處理方法相比,濕氧化預處理過程中產生的糠醛、羥甲基糠醛及乙酸等抑制酶活性的物質較少,因此有利于后續的生化處理[4]。但是在濕氧化預處理過程中,高溫高壓導致了投資和成本較高。本研究重點對楊木廢棄物濕氧化預處理條件進行優化,為開發生物乙醇或生物質液化油工業生產技術提供參考。

1實驗

1.1實驗原料

楊木廢棄物(以下統稱原料)取自山東晨鳴紙業P-RC APMP制漿生產線備料工段,含木屑、木節和木針,不含樹皮。風干后密封保存,按相應的國家標準分析原料的化學成分含量為： 水分9.63%,硝酸乙醇纖維素44.8%,聚戊糖18.7%，Klasson木素23.6%,灰分2.63%,苯-醇抽出物1.10%。

纖維素酶L-10(青島康地恩生物集團)； 氧氣(工業級)； Na2CO3， 固體、 H2SO4, 配制成質量分數為36.5%的H2SO4溶液、 3, 5-二硝基水楊酸、 酒石酸鉀鈉、 無水亞硫酸鈉、 苯酚、 葡萄糖，以上均為分析純。

1.2實驗方法

1.2.1實驗設計

濕氧化預處理禾本科原料的研究表明[3,5-6],影響濕氧化預處理效果的主要因素為初始pH值、溫度、保溫時間和氧壓。本實驗設計也選擇這4個因素對原料進行單因素預處理實驗,各因素的變化范圍為：①初始pH值為3~10；②保溫時間為5~30 min；③氧壓為0.4~1.2 MPa；④溫度為165~205℃。

1.2.2濕氧化預處理

濕氧化預處理在6罐空氣浴蒸煮器(型號6×3L,AG Brown機械公司,Australia)中進行。每罐加入60 g絕干原料,與1 L蒸餾水混合,用固體Na2CO3或質量分數為36.5%的H2SO4溶液調節初始pH值。混勻后裝罐,通過蓋頂進氣口通氧,密封后放入蒸煮器中進行升溫和保溫處理。反應結束后取出鋼罐,迅速用流水冷卻至室溫。開罐,過濾,分離固液，所得液體裝瓶留樣備測。所得固體(以下統稱物料)洗凈后放入聚乙烯袋中,密封、平衡和測定水分、備用。

1.2.3濕氧化預處理后物料的纖維素酶水解

在進行預處理單因素條件優化實驗時,采用如下酶水解方法：將濕氧化預處理所得的物料用纖維素酶進行水解,首先稱取2.00 g(絕干質量)物料放入容積為250 mL的錐形瓶中,加入纖維素酶溶液,纖維素酶用量35 FPU/g,固液比1∶50,用1 mol/L的乙酸-乙酸鈉緩沖溶液調節pH值為4.8,酶解實驗在恒溫培養振蕩器(ZH WY-200B型,上海智城分析儀器公司)中進行。水解時間72 h,反應完畢后經過濾分離酶解液和殘渣,分別供后續測試分析使用。取酶解液,測定其還原糖含量,從而計算出還原糖得率(Reducing Sugar Yield,RSY),計算公式見式(1)。

(1)

式中，RSY為還原糖得率,%；m0為絕干原料質量,g；m為還原糖質量,g；V為水解液總體積,L；n為測定還原糖濃度時稀釋的倍數；c為還原糖濃度,g/L。

1.2.4還原糖含量的測定

酶解液中的還原糖含量采用Miller G. L介紹的DNS法測定.[7]。主要包括DNS的配置,葡萄糖標準溶液的配制,顯色實驗,還原糖含量的計算見公式(2)。吸光度測定使用紫外分光光度計(T6新世紀,北京普析通用儀器公司)。

測量液體中的還原糖濃度時,將液體稀釋一定的倍數,取0.5 mL放入25.0 mL帶刻度的具塞試管中,加入0.5 mL蒸餾水,并加入DNS試劑3.0 mL,于沸水浴中進行顯色反應,用紫外分光光度計在波長550 nm處測量其吸光度。同時用0.5 mL蒸餾水做相應的顯色實驗,作為空白調零點。根據液體在550 nm處的吸光度計算待測液的還原糖濃度,計算公式見式(2)。

(2)

式中，c為還原糖濃度,g/L；A為液體顯色后在波長550 nm處的吸光度；n為液體稀釋的倍數；0.0757和0.9744分別為本研究通過實驗方法確定的葡萄糖標準曲線的截距和斜率。

1.2.5纖維素轉化率的計算

用響應面實驗設計對酶水解的工藝條件進行了優化,采用的因素和水平為：酶水解溫度45℃、50℃和55℃,酶水解時間24 h、48 h和72 h,酶用量25 FPU/g、35 FPU/g和45 FPU/g,以纖維素轉化率為考核指標,實驗結果用設計軟件Design Expert 7.1分析計算。采用DNS法測定其中的還原糖質量。按照式(3)計算纖維素轉化率。

(3)

式中，Yc為纖維素轉化率,%；mrs為預處理分離液的還原糖質量,g；YT為還原糖的理論產率,%；纖維水解得到葡萄糖時,YT=111.1%,半纖維素水解得到木糖時,YT=113.6%,計算時YT根據物料和水解液纖維素和半纖維素的比例進行取值；mc為物料中纖維素和半纖維素的質量,g；

1.2.6高效液相色譜(HPLC)測定糖及單糖降解產物

將待測液體稀釋至一定的倍數,用帶有0.45 μm孔徑聚四氟乙烯微孔濾膜的注射過濾器進行過濾后,進行HPLC檢測。測試條件為：采用Agilent 1100色譜儀,Aminex HPX-87H色譜柱進行分離,柱溫63℃,流量0.6 mL/min,進樣量10 μL,4 mmol/L的H2SO4作為流動相,示差折光檢測器(RI)進行檢測。根據各種單糖和單糖降解產物在HPLC圖譜中的峰面積計算液體中各種單糖和單糖降解產物的濃度。

1.2.7纖維素酶活的測定

纖維素酶活按照Ghose T介紹的方法進行測試[8]。本實驗所用纖維素酶活為149.73 FPU/mL。

1.2.8物料的分析

(1)化學成分分析：物料纖維素、半纖維素、Klasson木素、灰分和苯-醇抽出物的含量按相應的國家標準進行分析。

(2)X射線衍射(XRD)分析：物料首先采用梯度乙醇(乙醇質量分數30%、50%、70%、80%、90%)逐級脫水,每級脫水時間15 min,再用100%的乙醇脫水兩次,每次15 min,然后再進行低溫真空干燥和研磨。所得樣品的結晶度用X射線衍射儀(D8-FOCUS,德國布魯克公司)采用分峰法測定。利用Cu,Ka,Ni,λ=15.4×10-2nm,電壓10 kV,測角儀的移動速度2°/min，固定時間3 s。結晶度計算由X光衍射圖上002晶面產生的衍射強度與非結晶區背景的散射強度相除獲得,見式(4)。在XRD衍射曲線上2θ=22°附近的極大峰值即為002晶面的衍射強度,在2θ=18°附近存在一個峰谷,為非結晶背景的散射強度。

(4)

式中，Icr為結晶度指數,%；I002為002晶面的最大衍射強度；Iam為非結晶背景衍射的散射強度。

(3)掃描電鏡(SEM)分析：物料進行梯度乙醇逐級脫水后,由掃描電鏡(S-3400,日本東芝公司)觀察表面形貌并照相,加速電壓15.2 kV。

1.2.9濕氧化預處理分離液的分析

濕氧化預處理后所得的液體部分稀釋一定的倍數后,采用HPLC進行分析,測定其單糖組分及含量,以及單糖降解物的成分及含量。

2結果與討論

2.1濕氧化預處理條件的優化

2.1.1初始pH值

圖1　初始pH值對濕氧化預處理的影響

對濕氧化預處理的初始pH值進行了優化。實驗條件為：溫度195℃,保溫時間15 min,氧壓1.2 MPa,設定初始pH值的變化范圍為3~10。實驗結果顯示(見圖1),在酸性和堿性條件下,物料的得率較低；中性預處理條件的物料得率較高,初始pH值為7時,物料得率最高為52.0%,高于酸性和堿性條件。原料在酸性或堿性條件下的濕氧化預處理反應更加劇烈,溶出的物質較多,而在近中性條件原料的降解溶出較少。但從不同初始pH值條件下所得物料酶解還原糖得率可以看出,在酸性或堿性條件下物料的酶解還原糖得率較高。由圖1可知，預處理初始pH值為3時,還原糖得率為42.0%；初始pH值為10時,還原糖得率為43.6%；而當初始pH值為7時,還原糖得率僅為38.4%。可能的原因是,在酸性或堿性環境下的濕氧化預處理可以更劇烈地破壞纖維結構,提高纖維素酶對物料的可及度,從而改善酶解效率,提高還原糖得率；而近中性條件下的濕氧化處理雖然也溶出了半纖維素和木素,但對物料的纖維素酶解可及度改善并不多。

2.1.2保溫時間

固定初始pH值10,溫度195℃,氧壓1.2 MPa,保溫時間的變化范圍為5~30 min,對保溫時間進行了優化,實驗結果見圖2。從圖2可以看出,保溫時間是影響濕氧化預處理的一個重要因素,對物料得率和還原糖得率的影響結果不相同,存在一個適宜的保溫時間。隨著保溫時間的延長,物料得率呈逐漸降低的趨勢,特別是在保溫5~15 min內下降速度最快,然后趨于緩和。從物料得率來看,保溫時間為15 min時物料得率為52.1%,進一步延長保溫時間至30 min,物料得率降低為49.8%。從物料酶解還原糖得率來看,在保溫時間5~15 min范圍內還原糖得率迅速升高,進一步延長時間后還原糖得率增加趨緩；保溫時間為5 min時還原糖得率為33.6%,延長保溫時間到15 min時還原糖得率增加到39.0%,但延長保溫時間到30 min時還原糖得率為40.3%,僅比15 min時的得率提高了1.3個百分點。綜合考慮物料得率和物料酶解還原糖得率的變化規律,濕氧化預處理適宜的保溫時間為15 min,此時有接近1/2的物質溶出,纖維的致密結構已經被破壞,物料的酶解率較高。

圖2　保溫時間對濕氧化預處理的影響

2.1.3氧壓

氧氣在堿性條件下可以產生較好的脫木素作用,但在一定堿度和較高的溫度作用下,原料中半纖維素及部分纖維素也會發生較強的降解反應。本實驗預處理條件選擇為：固定初始pH值10、溫度195℃、保溫時間15 min,氧壓變化范圍為0.4~1.2 MPa,實驗結果如圖3所示。

圖3　氧壓對濕氧化預處理的影響

從圖3可知，隨著氧壓在0.4~1.2 MPa范圍內增加,物料得率幾乎呈線性降低。氧壓為0.4 MPa時物料得率為57.0%,升高氧壓至0.8 MPa時物料得率降低為55.1%,進一步升高為1.2 MPa時物料得率降低為49.4%,較0.4 MPa時降低7.6個百分點。可以看出隨著氧壓的提高,濕氧化預處理的效果逐漸增強,原料中溶出的物質也逐漸增多。從物料的酶解還原糖得率來看,隨著氧壓的升高,得率也幾乎呈線性升高趨勢。氧壓為0.4 MPa時還原糖得率為34.5%,升高氧壓到0.8 MPa時還原糖得率為37.4%,進一步升高氧壓到1.2 MPa時得率增至42.1%,較0.4 MPa時提高了7.6個百分點。這說明隨著氧壓的升高,溶出的物質增多,使得纖維的結構變得松散,增加了纖維素酶對物料的可及性,改善了酶解效率,提高了酶解還原糖的產率。

2.1.4溫度

固定初始pH值10,保溫時間15 min,氧壓1.2 MPa,溫度的變化范圍為165~205℃,探討了不同溫度對濕氧化預處理的影響,實驗結果如圖4所示。

圖4　溫度對濕氧化預處理的影響

從圖4可以看出,隨著預處理溫度的升高,物料得率迅速降低。在溫度為165℃時物料得率為74.9%,升高溫度到185℃時物料得率降低至54.9%,195℃時物料得率為51.7%,進一步升高溫度到205℃時物料得率降低為42.7%,較165℃時降低了32.2個百分點,在溫度由165℃升高到205℃時物料得率下降幅度較大。可以看出溫度對物料得率有重要影響。較低溫度時物質溶出量有限,當升高至較高溫度后,原料中碳水化合物發生大量降解而溶出。從物料酶解的還原糖得率也可以看出,隨著溫度的升高,還原糖得率呈逐漸上升的趨勢。預處理溫度為165℃時還原糖得率為15.9%,升高溫度至185℃時得率為39.1%,進一步升高溫度到195℃時得率增加到46.8%,再繼續升高溫度還原糖得率增加幅度較小。經分析可以得出,隨著溫度的升高,纖維原料得到更好的破解,阻礙酶解反應的木素和半纖維素組分大量溶出,使得纖維素的酶解效率大幅升高,濕氧化預處理適宜的預處理溫度為195℃。

依據單因素實驗結果，較優的濕氧化預處理工藝條件為：初始pH值10,保溫時間15 min,氧壓1.2 MPa,溫度195℃,此時物料得率為51.7%,還原糖得率為46.8%。

2.2濕氧化預處理后物料的分析

采用優化工藝條件對原料進行預處理,對預處理后物料的化學組成分進行分析,并采用XRD分析手段比較預處理前后結晶度的變化。

2.2.1組分分析

濕氧化預處理前后化學組分變化見表1。由表1數據可以發現,濕氧化預處理顯著改變了原料化學組分所占的比例。預處理過程纖維素發生了一定程度的降解,經過預處理后由纖維素含量原來的44.3%降到32.7%。聚戊糖含量由原料的18.7%降到1.43%，約92%的半纖維素降解溶出,說明在濕氧化預處理過程中,原料中大部分半纖維素經過溶解除去,與文獻[9]中的結論一致。從表1木素的含量可以看出,物料中的木素含量相當于原料中的13.5%,說明溶出了近43%的木素,還有相當一部分的木素保留在物料中。物料的灰分及苯-醇抽出物含量都有所降低。通過對預處理前后原料的化學成分分析可以得出結論：濕氧化預處理過程中,半纖維素成分大量溶出,并溶出了部分木素,這些化學組分的溶出,大大改善了物料酶解時物理空間阻隔效應,有利于纖維素酶解反應的順利進行。

表1　原料濕氧化預處理前后化學組分變化　%

2.2.2XRD分析

為了研究經過濕氧化預處理后物料纖維結晶區的變化情況,采用XRD對原料和物料進行了分析,所得XRD圖譜如圖5所示。

圖5　原料和物料的XRD圖譜

由圖5可以看出，原料的XRD譜圖呈現典型的纖維結構特征。使用式(3)對物料的結晶度指數進行計算,原料的結晶度為57.4%,物料的結晶度為54.8%,降低了2.7%,表明原料經過濕氧化預處理后結晶結構發生一定程度的改變,有利于增加纖維物料的酶與纖維素分子的接觸程度,從而提高酶解反應效率。

2.3濕氧化預處理分離液的特征

對優化條件下得到的濕氧化預處理分離液進行了HPLC液相色譜分析,對預處理分離液中的糖組分和單糖降解成分進行了分析,結果如表2所示。

表2　濕氧化預處理分離液的HPLC譜分析

由表2可以看出,在濕氧化預處理分離液中,木糖含量最高,濃度為3.081 g/L,其次為木糖醇,濃度為1.260 g/L,兩者均來自原料中戊糖組分,為葡萄糖含量的6.05倍；預處理分離液中基本不含纖維二糖和阿拉伯糖。在預處理分離液中的單糖降解物中,乙酸和糠醛降解物主要由木糖降解得到,來自原料中的戊糖組分；甲酸和羥甲基糠醛,主要由葡萄糖降解得到,來自原料中纖維素組分。表2結果表明,濕氧化預處理過程中半纖維素降解溶出較多,纖維素降解溶出較少,與表1中預處理前后原料化學組分分析結果一致。

2.4濕氧化預處理后物料的酶解反應

2.4.1酶水解工藝的優化

表3　酶水解響應面法實驗設計方案及結果

表4　纖維素酶水解液的HPLC分析

2.4.2物料酶水解液的特征

對優化酶水解條件下得到的纖維素酶水解液進行了HPLC分析,測定其單糖及單糖降解物的組分及含量,分析結果如表4所示。

由表4可以看出,纖維素酶水解液中只檢測出了葡萄糖和木糖兩種單糖組分,其中葡萄糖含量最多,濃度為13.443 g/L,占到了總糖量的97.54%,木糖含量較少,濃度僅為0.339 g/L。表明所采用的纖維素酶L-10的選擇性很強,只針對纖維素進行有效地水解。單糖降解物中僅有乙酸這一種物質,而且含量較高,為5.176 g/L,從濃度上看,水解液中的乙酸不是由纖維素降解產生的,而是在調節水解液pH值時加入的乙酸-乙酸鈉緩沖液引入的；酶水解液中未檢出糠醛、羥甲基糠醛等抑制酶活性的物質。

2.4.3酶解前后SEM的形貌觀察

采用SEM對酶水解前物料和酶解后殘渣的表面形貌進行觀察,如圖6所示。由圖6(a)可以看出,原料經濕氧化預處理后,物料的細纖維化程度明顯增加,單根纖維或纖維束表面出現了大量的凹陷和裂痕,這在一定程度上可以增加物料的比表面積,有助于纖維素酶與物料的接觸,改善酶解環境,從而提高酶解效率。物料與酶解后殘渣的SEM照片進行比較可以看出,經過纖維素酶水解處理,纖維結構變化明顯,纖維表面和內部出現了許多孔洞和縫隙,表明有較多的碳水化合物在水解中降解溶出(見圖6(b))。

2.5討論

Schmidt A. S.等人[3]在使用濕氧化預處理麥草原料時,30%的木素和60%的半纖維素降解溶出,原料的組織結構發生變化,其酶解轉化率達到85%。本實驗使用優化的濕氧化預處理條件,木素溶出43%,半纖維素溶出 92%,酶解轉化率達到了96.4%。濕氧化預處理由于大部分的半纖維素組分及部分木素的溶出,增加了酶水解時酶與纖維素大分子的接觸,提高了物料的酶解反應效率。但濕氧化預處理也造成了大約相當于原料中約26%纖維素組分的溶出,有待今后進一步優化,以降低預處理過程纖維素的損失。濕氧化預處理液中含有大量的半纖維素和部分纖維素溶出組分(見表2),對這部分糖組分的綜合利用將有助于改善整個預處理工藝的經濟性。

圖6　物料和酶水解后殘渣的SEM照片

楊木廢棄物濕氧化預處理條件為：初始pH值10,保溫時間15 min,氧壓1.2 MPa,溫度195℃,此時預處理物料得率為51.7%,所使用的預處理條件需要較高的溫度和壓力,這將導致較高的投資和使用成本,需要進一步探討降低預處理溫度的可能性,以便能夠利用制漿工廠閑置的蒸煮設備,提高其工程適應性且降低投資成本。

3結論

3.1通過濕氧化預處理楊木廢棄物,可以較高程度地溶出木素,降解半纖維素,從而提高預處理后物料的酶解性,得到較高的還原糖得率。濕氧化預處理楊木廢棄物的最佳工藝條件為：初始pH值10,保溫時間15 min,氧壓1.2 MPa,溫度195℃。在此條件下,物料得率為51.7%,還原糖得率為46.8%。

3.2在最佳工藝條件下得到的物料纖維含量為63.26%。原料經處理后木素溶出43%,半纖維素溶出 92%。濕氧化預處理過程中大部分半纖維素和部分木素被降解溶出,大大改善了物料酶解時物理空間阻隔效應。濕氧化預處理后物料結晶度由原料的57.4%降低到54.8%,且纖維細纖維化程度較明顯。

3.3對楊木廢棄物濕氧化預處理后物料采用響應面實驗設計進行了酶水解工藝優化實驗。酶解優化工藝條件為：酶解溫度49℃,酶解時間56 h,酶用量38 FPU/g,其他條件為：pH值4.8,固液比1∶50,此時酶解轉化率達到96.4%。濕氧化預處理方法在提高物料的酶解效率方面具有一定的優勢。如果能夠在提高物料得率、降低投資成本和生產成本等方面取得突破,濕氧化預處理工藝將具有一定產業化應用前景。

參考文獻

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(責任編輯：常青)

推進林業生態建設加快發展林紙循環經濟

FANG Gui-gan1,2，*LIU Shan-shan3SHEN Kui-zhong1,2

(1.InstituteofChemicalIndustryofForestryProducts,CAF;NationalEngineeringLabforBiomassChemicalUtilization;KeyLab

onForestChemicalEngineering,SFA,KeyLabofBiomassEnergyandMaterial,Nanjing,JiangsuProvince, 210042；

2.InstituteofNewTechnologyofForestry,CAF,Beijing,100091； 3.QiluUniversityofTechnology,Ji′nan,ShandongProvince, 250353)

(*E-mail: fangquigang@icifp.cn)

Abstract：Nowadays production of renewable fuels, especially boil-oil or bio-ethanol,is the main way for efficient utilization of lingo cellulosic biomass in the world. This paper carried out the study to optimize wet oxidation pretreatment conditions for utilizing poplar residues from the preparation sector of paper mill, to produce bioethanol. The research results showed that the optimal conditions of wet oxidation pretreatment for poplar residues were as follows: initial pH value 10, temperature 195℃, time at 195℃ 15 min, oxygen pressure 1.2 MPa. The yield of the obtained material of wet oxidation pretreatment was 51.7%. The optimal enzymatic hydrolysis conditions were: temperature 49℃, time 56 h, enzyme charges 38 FPU/g at the pH of 4.8 and the ratio of substance to liquor was 1∶50. The cellulose conversion rate was 96.4% on the pretreated substance. After wet oxidation pretreatment, hemicelluloses content of the substance decreased from 18.7% to 1.43%, Klasson lignin content decreased from 23.6%% to 13.5%, which mean that almost 43% of lignin and 92% hemicelluloses were degraded and solved from the raw material. XRD analysis indicated that the crystallinity decreased from 57.4% to 54.8%. The obvious fibrilization of the pretreated fiber was found by SEM. HPLC analysis results showed that pretreatment liquid contained higher content of xylose, and monosaccharide degradation products, such as acetic acid, formic acid and furfural. Wet oxidation pretreatment was able to greatly degrade or remove lignin and hemicellulose significantly, reduce the crystallinity of

the lingo cellulosic material, which could improve enzymatic degradability and increase reduce sugar yield and cellulose conversion rate.

Key words：poplar wood residues; wet oxidation pretreatment; pretreatment conditions; enzymatic degradability

項目基金：國家十二五科技支撐項目“櫟類淀粉與秸稈生物質煉制生物柴油及其綜合利用產業化示范(項目編號：2014BAD02B02)”。

收稿日期：2014- 09- 17(修改稿)

中圖分類號：TQ35

文獻標識碼：A

文章編號：0254- 508X(2015)01- 0006- 07

作者簡介：房桂干先生，研究員；主要從事制漿造紙、環境保護及生物質高值化利用技術研究。