氫氧化鈉預(yù)處理花生殼制備生物乙醇

牟曉紅

（蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅蘭州730060）

中國(guó)的花生種植主要分布于山東，河南，河北，遼寧等地，每年產(chǎn)生大量的花生殼，其主要成分為纖維素65.7%，半纖維素10.1%，可溶性碳水化合物10.6%等，通過(guò)對(duì)花生殼制備生物乙醇的研究，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物回收利用，合理利用資源，是開(kāi)展可持續(xù)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)［1，2］。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原材料

實(shí)驗(yàn)用花生殼取自山東膠東丘陵地區(qū)普通型叢生花生，將花生殼用清水沖洗、粉碎，自然烘干，過(guò)0.432 mm篩，放入干燥器中留存?zhèn)溆谩?shí)驗(yàn)所采用的纖維素酶是由Novol公司生產(chǎn)的，所用高活性干酵母是由湖北安琪酵母股份有限公司生產(chǎn)，NaOH為分析純［3］。

1.2 試樣制備

1.2.1氫氧化鈉預(yù)處理取過(guò)篩后干燥的花生殼100 g，按一定量的料液比（花生殼的質(zhì)量：水的體積，下同），加入適當(dāng)濃度的NaOH混合均勻，水浴條件在80～100℃下處理一段時(shí)間，抽濾，濾渣洗至中性，放入烘箱烘干至質(zhì)量恒定后，進(jìn)行酶解［4］。

1.2.2同步糖化發(fā)酵處理以NaOH預(yù)處理后的花生殼纖維料渣為底物，在250 mL三角瓶中進(jìn)行酶水解，固體底物濃度為80 g/L，加入一定量的纖維素酶，調(diào)節(jié)混合物pH值，同時(shí)加入干酵母和0.3 mL尿素，控制一定的溫度條件進(jìn)行振蕩水解，水浴搖床轉(zhuǎn)速為120 r/min，進(jìn)行同步糖化發(fā)酵［5］。

1.3 試樣表征與儀器

通過(guò)上海譜光儀器有限公司的紫外—可見(jiàn)分光光度計(jì)的測(cè)定，得到透光度T值，根據(jù)T值與光密度OD值（光密度）的換算方法，計(jì)算出560 nm下酶解液的OD值，采用DNS比色法（即3，5-2硝基水楊酸法）測(cè)定酶水解液中還原糖含量［6］。采用上海靈華儀器有限公司的GC9890A型氣相色譜儀，通過(guò)外標(biāo)法測(cè)定發(fā)酵液乙醇含量［7］。

2 結(jié)果與討論

2.1 氫氧化鈉預(yù)處理

通過(guò)文獻(xiàn)［8-10］和預(yù)先實(shí)驗(yàn)確定了氫氧化鈉預(yù)處理的主要影響因素為：

（A）料液比；

（B）氫氧化鈉用量；

（C）反應(yīng)溫度；

（D）反應(yīng)時(shí)間。

Lg（34）四因素三水平正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1、2。

表1 氫氧化鈉預(yù)處理四因素三水平

表2 氫氧化鈉預(yù)處理正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表2可知：氫氧化鈉預(yù)處理花生殼的主要影響因素依次為A，B，C，D，其最佳工藝條件為：料液比1：30，反應(yīng)溫度90℃，反應(yīng)時(shí)間30 min，氫氧化鈉用量2%，纖維素轉(zhuǎn)化率83.54%，OD值1.101，含糖量252.2 mg。

2.2 同步糖化發(fā)酵

根據(jù)文獻(xiàn)研究［11，12］和預(yù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，得出同步糖化發(fā)酵制備乙醇的主要影響因素為：

（A"）pH值；

（B"）反應(yīng)溫度；

（C"）酵母接種量；

（D"）纖維素酶用量。

進(jìn)行Lg（34）四因素三水平正交實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3、4。

由表4可知，在同步糖化發(fā)酵工藝中各影響因素的主要次序?yàn)椋簆H值為5.2，反應(yīng)溫度為40℃，酵母接種量為8%，纖維素酶的用量為36 u/g，乙醇收率為19.15%。

表3 同步糖化發(fā)酵法四因素三水平

3 結(jié)論

（1）用氫氧化鈉預(yù)處理花生殼的最佳條件為：花生殼與水的質(zhì)量體積比1：30，反應(yīng)溫度90℃，加入2%的氫氧化鈉，預(yù)處理30 min，纖維素轉(zhuǎn)化率83.54%，OD值1.101，含糖量252.2 mg。

（2）通過(guò)同步糖化發(fā)酵獲得乙醇的最佳工藝條件為：固體底物中加入36 u/g纖維素酶，調(diào)節(jié)pH值至5.2，酵母接種量8%，反應(yīng)溫度40℃，此條件下乙醇收率為19.15%。

表4 同步糖化發(fā)酵正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果