酶水解pH值對(duì)酸性亞硫酸氨鹽預(yù)處理?xiàng)钅咎腔实挠绊?/h1>
2015-12-03 03:44:22朱楊蘇金永燦
纖維素科學(xué)與技術(shù) 2015年3期
王 琰，朱楊蘇，勇 強(qiáng)，金永燦*
酶水解pH值對(duì)酸性亞硫酸氨鹽預(yù)處理?xiàng)钅咎腔实挠绊?/p>
王 琰1，朱楊蘇1，勇 強(qiáng)2，金永燦1*
（1. 南京林業(yè)大學(xué) 江蘇省制漿造紙科學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210037；2. 南京林業(yè)大學(xué) 林木遺傳與生物技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210037）
改變酶水解pH值可以影響木質(zhì)纖維生物質(zhì)碳水化合物的酶水解糖化作用效果。以經(jīng)酸性亞硫酸氫鹽預(yù)處理的楊木漿為底物，探究了酶水解pH值對(duì)其碳水化合物轉(zhuǎn)化率的影響。結(jié)果表明，預(yù)處理?xiàng)钅緷{的酶水解總糖得率隨pH值增加呈現(xiàn)先升高后趨于平緩的規(guī)律，酶水解最佳pH值范圍為4.8～5.4。當(dāng)酶水解液pH值為4.8時(shí)，經(jīng)6%亞硫酸氫鈉預(yù)處理?xiàng)钅緷{在20 FPU/g酶用量下水解，葡聚糖和總糖轉(zhuǎn)化率達(dá)到最高值，分別為91.3%和84.3%。
pH值；預(yù)處理；酸性亞硫酸氫鹽；酶水解；糖轉(zhuǎn)化率
利用可再生的木質(zhì)纖維生物質(zhì)，通過(guò)預(yù)處理和酶水解將其中的碳水化合物轉(zhuǎn)化成單糖，后續(xù)發(fā)酵并提純生產(chǎn)生物乙醇[1]。木質(zhì)纖維生物質(zhì)制備生物乙醇是當(dāng)前新能源開(kāi)發(fā)利用的熱點(diǎn)之一，符合我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。但由于木質(zhì)纖維生物質(zhì)中纖維素、半纖維素和木質(zhì)素會(huì)形成致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，直接對(duì)其酶水解的效果較差，因此必須采用適當(dāng)?shù)念A(yù)處理。預(yù)處理可以降低木質(zhì)素和半纖維素的含量[2-8]，降低纖維素的結(jié)晶度，增加纖維素的比表面積和孔隙率，以提高纖維素對(duì)酶的可及性。亞硫酸氫鹽預(yù)處理源自制漿造紙工業(yè)中的亞硫酸鹽蒸煮，是在酸性條件下降解半纖維素使之溶出，通過(guò)磺化作用使木質(zhì)素引入親水性的磺酸基并溶出部分木質(zhì)素，增加纖維素酶的可及度，從而提高底物的酶水解效率。大量研究表明該方法能有效促進(jìn)木質(zhì)纖維生物質(zhì)酶水解糖轉(zhuǎn)化效率，纖維素轉(zhuǎn)化率高達(dá)90%，并且產(chǎn)生較少的發(fā)酵抑制物[9-13]。
酶水解糖化作用是生產(chǎn)生物乙醇過(guò)程中成本較高的步驟之一。一般認(rèn)為，纖維素酶的活性在pH值4.5～5.0范圍內(nèi)最大，而且超出該范圍時(shí)，酶的活性降低。例如，Novozymes建議的Trichoderma reesei纖維素酶和CTec2的酶水解最適pH值分別為4.8和5.0，美國(guó)能源部標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)方法特別注明木質(zhì)纖維生物質(zhì)的酶水解緩沖液pH值為4.8[14]。但有研究指出，纖維原料的預(yù)處理方法有可能影響底物的最適pH值，如美國(guó)林產(chǎn)品研究所發(fā)現(xiàn)，提高酶水解pH至 5.2～6.2可以促進(jìn)SPORL法預(yù)處理漿料的酶水解糖化作用[15-16]。本文主要探討酶水解pH值對(duì)酸性亞硫酸氫鈉預(yù)處理?xiàng)钅緷{料酶水解糖化的影響。
1 實(shí)驗(yàn)
1.1 材料
速生楊木（Populus deltoids），取自蘇北，原木去皮后旋切成厚度約為2 mm的薄片，手工剪成長(zhǎng)×寬約為30 mm×20 mm的木片，風(fēng)干后置于密封袋中平衡水分。原料的主要化學(xué)成分如表1所示。
表1 楊木原料的主要化學(xué)成分
酶水解所用酶液為Cellic?CTec 2復(fù)合酶（Novo Nordisk A/S，Demark），酶活力以纖維素酶活計(jì)，按文獻(xiàn)[17]的方法測(cè)定其濾紙酶活。根據(jù)文獻(xiàn)[18]配制有效緩沖范圍為4.5～5.7的醋酸―醋酸鈉緩沖溶液。
1.2 酸性亞硫酸氫鈉預(yù)處理
酸性亞硫酸氫鈉預(yù)處理在自制10×1.25 L回轉(zhuǎn)式電加熱油浴蒸煮器中進(jìn)行。每個(gè)蒸煮罐中加入100 g絕干楊木木片，亞硫酸氫鈉用量（相對(duì)于絕干原料，w/w）分別為0%、2%、4%、6%、8%，硫酸用量為0.92%（w/w），固液比1∶5（w/V），與藥液充分混合后在80℃下回轉(zhuǎn)預(yù)浸漬30 min，以1℃/min的速率升溫至170℃，保溫30 min完成預(yù)處理。
經(jīng)預(yù)處理的楊木用水充分洗凈，離心脫水后置于密封袋中平衡水分，稱(chēng)重、測(cè)定水分含量并計(jì)算得率。取部分樣品用于化學(xué)成分分析，余下部分用雙圓盤(pán)磨漿機(jī)（磨盤(pán)直徑300 mm，磨片間距0.04 mm，轉(zhuǎn)速3 000 r/min）疏解成漿，重復(fù)磨漿兩次。所得漿料經(jīng)離心脫水，撕碎后置于密封袋中平衡水分備用。
1.3 酶水解
精確稱(chēng)量稱(chēng)取相當(dāng)于0.5 g葡聚糖的預(yù)處理漿料于150 mL錐形瓶中，在不同pH值的緩沖溶液中進(jìn)行酶水解，酶水解底物濃度為2%，以每克葡聚糖為基準(zhǔn)的酶用量（下同）為20 FPU/g，用醋酸―醋酸鈉緩沖溶液調(diào)節(jié)酶水解pH值分別為4.5、4.8、5.1、5.4和5.7。將錐形瓶置于恒溫振蕩器（SHA-C，上海精宏）中，在180 r/min和50±2℃條件下振蕩處理48 h。酶水解結(jié)束后將酶水解液和殘?jiān)旌衔镛D(zhuǎn)移至離心管中，在5 000 r/min下離心20 min，取上清液分析其中各單糖的含量。
1.4 分析與檢測(cè)
1.4.1 原料及預(yù)處理漿料成分分析
楊木原料及預(yù)處理的漿料的苯―醇提取物和灰分根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)分析[19]。楊木原料及預(yù)處理?xiàng)钅緷{中的木質(zhì)素含量根據(jù)美國(guó)能源部的方法分析[20]。用G3玻砂漏斗真空過(guò)濾分離Klason木質(zhì)素和酸水解液，計(jì)算Klason木質(zhì)素時(shí)扣除灰分（575℃灼燒）含量；取0.5 mL酸水解液，用4% H2SO4稀釋定容至10 mL，以稀釋后的水解液為樣品，以4% H2SO4為參比，用紫外―可見(jiàn)分光光度計(jì)（UV-1800，Shimazdu）測(cè)定波長(zhǎng)205 nm處的吸光值，計(jì)算酸溶木質(zhì)素（ASL）的含量。
1.4.2 原料、預(yù)處理漿料和酶水解液中糖含量檢測(cè)
采用高效液相色譜（HPLC，Agilent 1200 Series，USA）分析單糖含量，分析柱和保護(hù)柱分別為Bio Rad Aminex HPX-87H 20 n（300 mm×7.8 mm）和Cation-H Refill Cartridges（30 mm×4.6 mm）（Bio-RadLaboratories，USA），進(jìn)樣量為10 μL，流動(dòng)相為5 mmol/L H2SO4，流速為0.6 mL/min，柱溫55℃。檢測(cè)器為RID示差檢測(cè)器，外標(biāo)法測(cè)定。酶水解清液用去離子水稀釋10倍，經(jīng)0.22 μm尼龍濾器過(guò)濾后進(jìn)樣；原料或預(yù)處理漿料測(cè)定木質(zhì)素時(shí)得到的水解液，用50%（w/w）NaOH水溶液調(diào)節(jié)pH至1～3以滿(mǎn)足HPLC的進(jìn)樣pH范圍，經(jīng)0.22 μm尼龍濾器過(guò)濾后進(jìn)樣分析還原糖的含量。檢測(cè)結(jié)果為水解液中單糖的含量，為便于計(jì)算酶水解糖轉(zhuǎn)化率，分別將六碳糖乘以0.9，五碳糖乘以0.88，換算成樣品中聚糖的含量。本研究酶水解還原糖轉(zhuǎn)化率定義為水解液中各聚糖與預(yù)處理物料中各聚糖的質(zhì)量百分比，所有的數(shù)據(jù)均為兩次平行實(shí)驗(yàn)的平均值。
2 結(jié)果與討論
2.1 酸性亞硫酸氫鈉預(yù)處理對(duì)楊木得率和預(yù)處理液pH的影響
亞硫酸氫鈉用量對(duì)楊木預(yù)處理得率及預(yù)處理液pH值得影響如表2所示。楊木經(jīng)酸性亞硫酸氫鈉預(yù)處理后其物料得率隨著亞硫酸氫鈉用量的增加先減小后趨勢(shì)漸緩。在亞硫酸氫鈉用量為0時(shí)，硫酸主要水解半纖維素，由于纖維素的聚合度高，結(jié)晶度高，在硫酸水解過(guò)程中降解較少，因此楊木漿料得率高。隨著亞硫酸氫鈉用量增加，預(yù)處理液中親核試劑HSO3-和SO2·H2O的濃度增大，促進(jìn)了木質(zhì)素的磺化反應(yīng)，使木質(zhì)素磺化溶出，并且硫酸降解部分碳水化合物，因此得率下降。當(dāng)亞硫酸氫鈉用量為8%時(shí)，pH增加會(huì)抑制半纖維素的水解[21]，因此得率趨于平緩。此外，酸性預(yù)處理能降解木質(zhì)素―半纖維素復(fù)合體。由于半纖維素和木質(zhì)素的主要連接鍵型是苯基糖苷鍵、酯鍵、苯甲醚鍵、半縮醛和縮醛鍵，在酸性亞硫酸氫鈉預(yù)處理中，硫酸會(huì)破壞木質(zhì)素和半纖維素之間α-芳基醚鍵連接的作用，并且苯甲醚鍵、酯鍵和苯基糖苷鍵易被酸水解，因此酸性預(yù)處理物料得率較低[22]。
表2 酸性亞硫酸氫鈉預(yù)處理對(duì)楊木漿料得率及預(yù)處理液pH的影響
預(yù)處理液pH值隨著亞硫酸氫鈉用量的增加先減小，后趨勢(shì)漸緩。預(yù)處理初始時(shí)半纖維素會(huì)水解生成乙酸、糖醛酸等[22]物質(zhì)，使預(yù)處理液pH值降低；隨著亞硫酸氫鈉用量的增加，預(yù)處理液pH值趨于平緩。
2.2 酸性亞硫酸氫鈉預(yù)處理對(duì)楊木主要成分的影響
不同亞硫酸氫鈉用量預(yù)處理后的楊木漿料化學(xué)成分含量（以初始原料為基準(zhǔn)）的變化如表3所示。亞硫酸氫鈉用量為0%（即稀酸預(yù)處理）時(shí)，由于木質(zhì)素結(jié)構(gòu)單元間的主要連接鍵型―酚型和非酚型的β-O-4在酸性條件下不斷裂，只能斷裂部分α-芳基醚鍵，因此木質(zhì)素脫除率低。隨著亞硫酸氫鈉用量增加，預(yù)處理液中親核試劑HSO3-和SO2·H2O濃度增大，原料中木質(zhì)素磺化溶出，因此殘余木質(zhì)素含量隨著亞硫酸氫鈉用量的增加而減少。此外，亞硫酸氫鈉用量增加導(dǎo)致Klason木質(zhì)素含量顯著下降，而酸溶木質(zhì)素的含量變化較小，可能是由于楊木漿料中被磺化的木質(zhì)素具有良好的親水性，在測(cè)定木質(zhì)素含量時(shí)更易溶出，使得酸溶木質(zhì)素含量保持穩(wěn)定。
表3 酸性亞硫酸氫鈉預(yù)處理?xiàng)钅緷{料的主要化學(xué)成分
葡聚糖和木聚糖的總和反映了楊木原料中高聚糖的含量。一般而言，楊木高聚糖的含量隨著預(yù)處理?xiàng)l件的增強(qiáng)而降低。由表3數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)，楊木漿料中的高聚糖含量隨亞硫酸氫鈉用量的增加先下降后趨勢(shì)漸緩。在低pH值條件下，纖維素和半纖維素水解，起始楊木漿料中的葡聚糖含量下降。隨著亞硫酸氫鈉用量的增加，pH值增加，纖維素水解速率變慢，因此葡聚糖的相對(duì)含量增加。在酸性條件下，半纖維素容易降解，因此木聚糖降低幅度較大，最高降幅約70%。相比較而言，葡聚糖降幅最高為12%左右，說(shuō)明酸性預(yù)處理主要降解半纖維素。
木質(zhì)素是影響木質(zhì)纖維原料酶水解的主要因素之一，脫除木質(zhì)素通常會(huì)提高酶水解效率[22]。但是，隨著預(yù)處理?xiàng)l件的增強(qiáng)，脫除木質(zhì)素的同時(shí)會(huì)降解高聚糖，使?jié){料得率下降。為了提高酶水解糖化效率，需要較高的漿料得率，即脫除木質(zhì)素的同時(shí)減少高聚糖的降解。如圖1所示，隨著木質(zhì)素脫除率的增大，楊木漿料預(yù)處理得率呈先快速下降再平緩的趨勢(shì)，說(shuō)明增加亞硫酸氫鈉用量會(huì)降低脫木質(zhì)素選擇性。
2.3 酶水解pH值對(duì)酸性亞硫酸氫鈉預(yù)處理?xiàng)钅緷{酶水解性能的影響
不同pH值酶水解體系對(duì)酸性亞硫酸氫鈉預(yù)處理?xiàng)钅緷{酶水解還原糖的轉(zhuǎn)化率如表4所示。相同預(yù)處理?xiàng)l件下，葡聚糖和總糖轉(zhuǎn)化率隨著酶水解液pH值的增加先增大后趨于平緩，木聚糖轉(zhuǎn)化率變化較小。楊木預(yù)處理漿料中葡聚糖的含量遠(yuǎn)大于木聚糖的含量，酶水解液中的葡萄糖含量也遠(yuǎn)大于木糖的含量，故葡聚糖轉(zhuǎn)化率的變化規(guī)律與總糖相似。
圖1 木質(zhì)素脫除率對(duì)預(yù)處理固形物得率的影響
表4 酸性亞硫酸氫鈉預(yù)處理?xiàng)钅緷{料不同酶水解pH下糖的轉(zhuǎn)化率（以預(yù)處理物料為基準(zhǔn)）
續(xù)表4
由表4可見(jiàn)，酸性亞硫酸氫鈉預(yù)處理?xiàng)钅緷{料的最佳酶水解糖化作用的緩沖液pH值為4.8～5.4。Wood等[23]研究表明若纖維素酶的催化活性在某一pH值時(shí)最大，則此pH值為酶的最適pH值。由表4數(shù)據(jù)可見(jiàn)，酶水解體系的pH值對(duì)酸性亞硫酸氫鈉預(yù)處理?xiàng)钅緷{的糖轉(zhuǎn)化率具有顯著的影響。當(dāng)pH值由4.5升至4.8時(shí)，酶水解中葡聚糖、木聚糖和總糖的轉(zhuǎn)化率均快速遞增；pH值繼續(xù)增至5.7時(shí)，酸性亞硫酸氫鈉預(yù)處理漿的葡聚糖和總糖轉(zhuǎn)化率趨于平緩而后又下降，而木聚糖則是先下降后升高的趨勢(shì)。因此，酸性亞硫酸氫鈉預(yù)處理后底物酶水解的最佳pH值范圍為4.8～5.4。
木質(zhì)素脫除率是影響酶水解效率的重要因素，在亞硫酸氫鈉用量不同的預(yù)處理?xiàng)l件下，酶水解總糖轉(zhuǎn)化率與木質(zhì)素脫除率的關(guān)系如圖2所示。對(duì)木質(zhì)纖維生物質(zhì)預(yù)處理，并不需要脫除全部的木質(zhì)素來(lái)達(dá)到最高的酶水解效率，一般而言，脫除原料中20%～65%的木質(zhì)素就可以提高酶對(duì)纖維素的可及性[24]。由圖2可見(jiàn)，隨著木質(zhì)素脫除率的增加，楊木漿料酶水解總糖轉(zhuǎn)化率增加，當(dāng)預(yù)處理后楊木中木質(zhì)素脫除率為55%左右時(shí)，酶水解總糖轉(zhuǎn)化率就可達(dá)到最大值，繼續(xù)脫除木質(zhì)素反而會(huì)過(guò)多地降解碳水化合物，不利于提高總糖轉(zhuǎn)化率。
圖2 木質(zhì)素脫除率對(duì)酸性亞硫酸氫鈉預(yù)處理?xiàng)钅緷{糖轉(zhuǎn)化率的影響
3 結(jié)論
1）酸性亞硫酸氫鈉預(yù)處理對(duì)楊木化學(xué)成分有顯著影響，隨著亞硫酸氫鈉用量的增加，楊木木質(zhì)素脫除率上升，碳水化合物加劇降解，其中半纖維素降解程度大于纖維素。預(yù)處理后楊木漿料得率先快速下降后趨勢(shì)漸緩。
2）楊木各聚糖轉(zhuǎn)化率隨著亞硫酸氫鈉用量的增加先升高后下降。總糖轉(zhuǎn)化率隨著木質(zhì)素脫除率的增加而上升，但當(dāng)木質(zhì)素脫除率約為55%時(shí)，繼續(xù)脫除木質(zhì)素不能有效提高總糖轉(zhuǎn)化率。
3）酸性亞硫酸氫鈉預(yù)處理?xiàng)钅緷{的酶水解最佳pH值范圍為4.8～5.4，經(jīng)6%亞硫酸氫鈉預(yù)處理?xiàng)钅緷{在酶水解液pH值 4.8和20 FPU/g下酶水解，葡聚糖和總糖轉(zhuǎn)化率分別達(dá)到91.3%和84.3%。
[1] Chundawat S P S, Beckham G T, Himmel M E, et al. Deconstruction of lignocellulosic biomass to fuels and chemicals[J]. Annual Review of Chemical and Biomolecular Engineering, 2011, 2: 121-145.
[2] Klinke H B, Ahring B K, Schmidt A S, et al. Characterization of degradation products from alkaline wet oxidation of wheat straw[J]. Bioresource Technology, 2002, 82(1): 15-26.
[3] Gu F, Yang L F, Jin Y C, et al. Green liquor pretreatment for improving enzymatic hydrolysis of corn stover[J]. Bioresource Technology, 2012, 124: 299-305.
[4] Yang L F, Cao J, Jin Y C, et al. Effects of sodium carbonate pretreatment on the chemical compositions and enzymatic saccharification of rice straw[J]. Bioresource Technology, 2012, 124: 283-291.
[5] Jin Y C, Yang L F, Jameel H, et al. Sodium sulfite-formaldehyde pretreatment of mixed hardwoods and its effect on enzymatic hydrolysis[J]. Bioresource Technology, 2013, 135: 109-115.
[6] Taniguchi M, Takahashi D, Watanabe D, et al. Effect of steam explosion pretreatment on treatment with Pleurotus ostreatus for the enzymatic hydrolysis of rice straw[J]. Journal of Bioscience and Bioengineering, 2010, 110(4): 449-452.
[7] Yang X W, Ma F Y, Zeng Y L, et al. Structure alteration of lignin in corn stover degraded by white-rot fungus Irpex lacteus CD2[J]. International Biodeterioration and Biodegradation. 2010, 64(2): 119-123.
[8] Sues A, Millati R, Edebo L, et al. Ethanol production from hexoses, pentoses, and dilute-acid hydrolyzate by Mucor indicus[J]. FEMS Yeast Research, 2005, 5(6-7): 669-676.
[9] Zhu J Y, Pan X J, Wang G S, et al. Sulfite pretreatment (SPORL) for robust enzymatic saccharification of spruce and red pine[J]. Bioresource Technology, 2009, 100(8): 2411-2418.
[10] Wang G S, Zhu J Y, Pan X J, et al. Sulfite pretreatment to overcome recalcitrance of lignocellulose (SPORL) for robust enzymatic saccharification of hardwoods[J]. Biotechnology Progress, 2009, 25(4): 1086-1093.
[11] Zhu W Y, Zhu J Y, Gleisner R, et al. On energy consumption for size-reduction and yields from subsequent enzymatic saccharification of pretreated lodgepole pine[J]. Bioresource Technology, 2010, 101: 2782-2792.
[12] Shuai L, Yang Q, Zhu J Y, et al. Comparative study of SPORL and dilute-acid pretreatments of spruce for cellulosic ethanol production[J]. Bioresource Technology, 2010, 101: 3106-3114.
[13] Zhang D S, Yang Q, Zhu J Y, et al. Sulfite (SPORL) pretreatment of switchgrass for enzymatic saccharification[J]. Bioresource Technology, 2013, 129: 127-134.
[14] Selig M, Weiss N, Ji Y. Enzymatic saccharification of lignocellulosic biomass. Laboratory Analytical Procedure[S]. UnitedStates: National Renewable Energy Laboratory, 2008.
[15] Wang Z J, Lan T Q, Zhu J Y. Lignosulfonate and elevated pH can enhance enzymatic saccharification of lignocelluloses[J]. Biotechnology for Biofuels, 2013, 6: 9.
[16] Lan T Q, Lou H M, Zhu J Y. Enzymatic saccharication of lignocelluloses should be conducted at elevated pH 5.2～6.2[J]. BioEnergy Research, 2013, 6: 476-485.
[17] Ghose T K. Measurement of cellulase activities[J]. Pure and Applied Chemistry, 1987, 59(2): 257-268.
[18] 賈之慎. 無(wú)機(jī)分析化學(xué)[M]. 北京: 高等教育出版社, 2008: 110-120.
[19] 石淑蘭, 何福望. 制漿造紙分析與檢測(cè)[M]. 北京: 中國(guó)輕工業(yè)出版社, 2003: 22-50.
[20] Sluiterl A, Hames B, Ruiz R, et al. Determination of structural carbohydrates and lignin in biomass. Laboratory Analytical Procedure[S]. United States: National Renewable Energy Laboratory, 2008.
[21] Linoj K, Richard C, Pablo A C, et al. Can the same steam pretreatment conditions be used for most softwoods to achieve good, enzymatic hydrolysis and sugar yields[J]. Bioresource Technology, 2010, 101(20): 7827-7833.
[22] 李忠正, 孫潤(rùn)倉(cāng), 金永燦. 植物纖維資源化學(xué)[M]. 北京: 中國(guó)輕工業(yè)出版社, 2012.
[23] Wood T M, Mccrae S I, Bhat K M. The mechanism of fungal cellulose action. Synergism between enzyme components of Penicillium pinophilum cellulose in solubilizing hydrogen bond-ordered cellulose[J]. Biochemical Journal, 1989, 260(1): 37-43.
[24] Han Y W, Catalano E A, Ciegler A. Treatments to improve the digestibility of crop residues[M]. New York: Academic Press, 1983: 217-238.
Effects of pH on the Enzymatic Saccharification of Acid Sodium Bisulfite Pretreated Poplar
WANG Yan1, ZHU Yang-su1, YONG Qiang2, JIN Yong-can1*
（1. Jiangsu Provincial Key Lab of Pulp and Paper Science and Technology, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China; 2. Key Laboratory of Forest Genetics and Biotechnology, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China）
Changing the pH of enzymatic hydrolysis could affect the enzymatic saccharification of lignocellulosic biomass. Acid sodium bisulfite pretreated poplar pulps was used as substrate for exploring the effects of enzymatic hydrolysis pH on the enzymatic saccharification. The results showed that the sugar yield and conversion of enzymatic hydrolysis of pretreated poplar tended to increase, then became gentle with the increase of pH. The range of optimal hydrolysis pH was 4.8～5.4. After hydrolyzed at pH 4.8 and 20 FPU/g, the glucan and total sugar conversion of poplar pretreated with 6% sodium bisulfite reached up to 91.3% and 84.3%, respectively.
pH; pretreatment; acid bisulfite; enzymatic saccharification; sugar conversion
TQ352.62
A
1004-8405(2015)03-0015-07
10.16561/j.cnki.xws.2015.03.03
2015-04-22
“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃（2015BAD15B09）；高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)科研基金（20133204110006）；江蘇省基礎(chǔ)研究計(jì)劃（自然科學(xué)基金）（BK20141473）；江蘇省高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目。
王 琰（1990～），男，碩士研究生；研究方向：生物質(zhì)資源化學(xué)與工程。
* 通訊作者：金永燦（1968～），博士，教授。jinyongcan@njfu.edu.cn
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王 琰，朱楊蘇，勇 強(qiáng)，金永燦*
酶水解pH值對(duì)酸性亞硫酸氨鹽預(yù)處理?xiàng)钅咎腔实挠绊?/p>
王 琰1，朱楊蘇1，勇 強(qiáng)2，金永燦1*
（1. 南京林業(yè)大學(xué) 江蘇省制漿造紙科學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210037；2. 南京林業(yè)大學(xué) 林木遺傳與生物技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210037）
改變酶水解pH值可以影響木質(zhì)纖維生物質(zhì)碳水化合物的酶水解糖化作用效果。以經(jīng)酸性亞硫酸氫鹽預(yù)處理的楊木漿為底物，探究了酶水解pH值對(duì)其碳水化合物轉(zhuǎn)化率的影響。結(jié)果表明，預(yù)處理?xiàng)钅緷{的酶水解總糖得率隨pH值增加呈現(xiàn)先升高后趨于平緩的規(guī)律，酶水解最佳pH值范圍為4.8～5.4。當(dāng)酶水解液pH值為4.8時(shí)，經(jīng)6%亞硫酸氫鈉預(yù)處理?xiàng)钅緷{在20 FPU/g酶用量下水解，葡聚糖和總糖轉(zhuǎn)化率達(dá)到最高值，分別為91.3%和84.3%。
pH值；預(yù)處理；酸性亞硫酸氫鹽；酶水解；糖轉(zhuǎn)化率
利用可再生的木質(zhì)纖維生物質(zhì)，通過(guò)預(yù)處理和酶水解將其中的碳水化合物轉(zhuǎn)化成單糖，后續(xù)發(fā)酵并提純生產(chǎn)生物乙醇[1]。木質(zhì)纖維生物質(zhì)制備生物乙醇是當(dāng)前新能源開(kāi)發(fā)利用的熱點(diǎn)之一，符合我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。但由于木質(zhì)纖維生物質(zhì)中纖維素、半纖維素和木質(zhì)素會(huì)形成致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，直接對(duì)其酶水解的效果較差，因此必須采用適當(dāng)?shù)念A(yù)處理。預(yù)處理可以降低木質(zhì)素和半纖維素的含量[2-8]，降低纖維素的結(jié)晶度，增加纖維素的比表面積和孔隙率，以提高纖維素對(duì)酶的可及性。亞硫酸氫鹽預(yù)處理源自制漿造紙工業(yè)中的亞硫酸鹽蒸煮，是在酸性條件下降解半纖維素使之溶出，通過(guò)磺化作用使木質(zhì)素引入親水性的磺酸基并溶出部分木質(zhì)素，增加纖維素酶的可及度，從而提高底物的酶水解效率。大量研究表明該方法能有效促進(jìn)木質(zhì)纖維生物質(zhì)酶水解糖轉(zhuǎn)化效率，纖維素轉(zhuǎn)化率高達(dá)90%，并且產(chǎn)生較少的發(fā)酵抑制物[9-13]。
酶水解糖化作用是生產(chǎn)生物乙醇過(guò)程中成本較高的步驟之一。一般認(rèn)為，纖維素酶的活性在pH值4.5～5.0范圍內(nèi)最大，而且超出該范圍時(shí)，酶的活性降低。例如，Novozymes建議的Trichoderma reesei纖維素酶和CTec2的酶水解最適pH值分別為4.8和5.0，美國(guó)能源部標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)方法特別注明木質(zhì)纖維生物質(zhì)的酶水解緩沖液pH值為4.8[14]。但有研究指出，纖維原料的預(yù)處理方法有可能影響底物的最適pH值，如美國(guó)林產(chǎn)品研究所發(fā)現(xiàn)，提高酶水解pH至 5.2～6.2可以促進(jìn)SPORL法預(yù)處理漿料的酶水解糖化作用[15-16]。本文主要探討酶水解pH值對(duì)酸性亞硫酸氫鈉預(yù)處理?xiàng)钅緷{料酶水解糖化的影響。
1 實(shí)驗(yàn)
1.1 材料
速生楊木（Populus deltoids），取自蘇北，原木去皮后旋切成厚度約為2 mm的薄片，手工剪成長(zhǎng)×寬約為30 mm×20 mm的木片，風(fēng)干后置于密封袋中平衡水分。原料的主要化學(xué)成分如表1所示。
表1 楊木原料的主要化學(xué)成分
酶水解所用酶液為Cellic?CTec 2復(fù)合酶（Novo Nordisk A/S，Demark），酶活力以纖維素酶活計(jì)，按文獻(xiàn)[17]的方法測(cè)定其濾紙酶活。根據(jù)文獻(xiàn)[18]配制有效緩沖范圍為4.5～5.7的醋酸―醋酸鈉緩沖溶液。
1.2 酸性亞硫酸氫鈉預(yù)處理
酸性亞硫酸氫鈉預(yù)處理在自制10×1.25 L回轉(zhuǎn)式電加熱油浴蒸煮器中進(jìn)行。每個(gè)蒸煮罐中加入100 g絕干楊木木片，亞硫酸氫鈉用量（相對(duì)于絕干原料，w/w）分別為0%、2%、4%、6%、8%，硫酸用量為0.92%（w/w），固液比1∶5（w/V），與藥液充分混合后在80℃下回轉(zhuǎn)預(yù)浸漬30 min，以1℃/min的速率升溫至170℃，保溫30 min完成預(yù)處理。
經(jīng)預(yù)處理的楊木用水充分洗凈，離心脫水后置于密封袋中平衡水分，稱(chēng)重、測(cè)定水分含量并計(jì)算得率。取部分樣品用于化學(xué)成分分析，余下部分用雙圓盤(pán)磨漿機(jī)（磨盤(pán)直徑300 mm，磨片間距0.04 mm，轉(zhuǎn)速3 000 r/min）疏解成漿，重復(fù)磨漿兩次。所得漿料經(jīng)離心脫水，撕碎后置于密封袋中平衡水分備用。
1.3 酶水解
精確稱(chēng)量稱(chēng)取相當(dāng)于0.5 g葡聚糖的預(yù)處理漿料于150 mL錐形瓶中，在不同pH值的緩沖溶液中進(jìn)行酶水解，酶水解底物濃度為2%，以每克葡聚糖為基準(zhǔn)的酶用量（下同）為20 FPU/g，用醋酸―醋酸鈉緩沖溶液調(diào)節(jié)酶水解pH值分別為4.5、4.8、5.1、5.4和5.7。將錐形瓶置于恒溫振蕩器（SHA-C，上海精宏）中，在180 r/min和50±2℃條件下振蕩處理48 h。酶水解結(jié)束后將酶水解液和殘?jiān)旌衔镛D(zhuǎn)移至離心管中，在5 000 r/min下離心20 min，取上清液分析其中各單糖的含量。
1.4 分析與檢測(cè)
1.4.1 原料及預(yù)處理漿料成分分析
楊木原料及預(yù)處理的漿料的苯―醇提取物和灰分根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)分析[19]。楊木原料及預(yù)處理?xiàng)钅緷{中的木質(zhì)素含量根據(jù)美國(guó)能源部的方法分析[20]。用G3玻砂漏斗真空過(guò)濾分離Klason木質(zhì)素和酸水解液，計(jì)算Klason木質(zhì)素時(shí)扣除灰分（575℃灼燒）含量；取0.5 mL酸水解液，用4% H2SO4稀釋定容至10 mL，以稀釋后的水解液為樣品，以4% H2SO4為參比，用紫外―可見(jiàn)分光光度計(jì)（UV-1800，Shimazdu）測(cè)定波長(zhǎng)205 nm處的吸光值，計(jì)算酸溶木質(zhì)素（ASL）的含量。
1.4.2 原料、預(yù)處理漿料和酶水解液中糖含量檢測(cè)
采用高效液相色譜（HPLC，Agilent 1200 Series，USA）分析單糖含量，分析柱和保護(hù)柱分別為Bio Rad Aminex HPX-87H 20 n（300 mm×7.8 mm）和Cation-H Refill Cartridges（30 mm×4.6 mm）（Bio-RadLaboratories，USA），進(jìn)樣量為10 μL，流動(dòng)相為5 mmol/L H2SO4，流速為0.6 mL/min，柱溫55℃。檢測(cè)器為RID示差檢測(cè)器，外標(biāo)法測(cè)定。酶水解清液用去離子水稀釋10倍，經(jīng)0.22 μm尼龍濾器過(guò)濾后進(jìn)樣；原料或預(yù)處理漿料測(cè)定木質(zhì)素時(shí)得到的水解液，用50%（w/w）NaOH水溶液調(diào)節(jié)pH至1～3以滿(mǎn)足HPLC的進(jìn)樣pH范圍，經(jīng)0.22 μm尼龍濾器過(guò)濾后進(jìn)樣分析還原糖的含量。檢測(cè)結(jié)果為水解液中單糖的含量，為便于計(jì)算酶水解糖轉(zhuǎn)化率，分別將六碳糖乘以0.9，五碳糖乘以0.88，換算成樣品中聚糖的含量。本研究酶水解還原糖轉(zhuǎn)化率定義為水解液中各聚糖與預(yù)處理物料中各聚糖的質(zhì)量百分比，所有的數(shù)據(jù)均為兩次平行實(shí)驗(yàn)的平均值。
2 結(jié)果與討論
2.1 酸性亞硫酸氫鈉預(yù)處理對(duì)楊木得率和預(yù)處理液pH的影響
亞硫酸氫鈉用量對(duì)楊木預(yù)處理得率及預(yù)處理液pH值得影響如表2所示。楊木經(jīng)酸性亞硫酸氫鈉預(yù)處理后其物料得率隨著亞硫酸氫鈉用量的增加先減小后趨勢(shì)漸緩。在亞硫酸氫鈉用量為0時(shí)，硫酸主要水解半纖維素，由于纖維素的聚合度高，結(jié)晶度高，在硫酸水解過(guò)程中降解較少，因此楊木漿料得率高。隨著亞硫酸氫鈉用量增加，預(yù)處理液中親核試劑HSO3-和SO2·H2O的濃度增大，促進(jìn)了木質(zhì)素的磺化反應(yīng)，使木質(zhì)素磺化溶出，并且硫酸降解部分碳水化合物，因此得率下降。當(dāng)亞硫酸氫鈉用量為8%時(shí)，pH增加會(huì)抑制半纖維素的水解[21]，因此得率趨于平緩。此外，酸性預(yù)處理能降解木質(zhì)素―半纖維素復(fù)合體。由于半纖維素和木質(zhì)素的主要連接鍵型是苯基糖苷鍵、酯鍵、苯甲醚鍵、半縮醛和縮醛鍵，在酸性亞硫酸氫鈉預(yù)處理中，硫酸會(huì)破壞木質(zhì)素和半纖維素之間α-芳基醚鍵連接的作用，并且苯甲醚鍵、酯鍵和苯基糖苷鍵易被酸水解，因此酸性預(yù)處理物料得率較低[22]。
表2 酸性亞硫酸氫鈉預(yù)處理對(duì)楊木漿料得率及預(yù)處理液pH的影響
預(yù)處理液pH值隨著亞硫酸氫鈉用量的增加先減小，后趨勢(shì)漸緩。預(yù)處理初始時(shí)半纖維素會(huì)水解生成乙酸、糖醛酸等[22]物質(zhì)，使預(yù)處理液pH值降低；隨著亞硫酸氫鈉用量的增加，預(yù)處理液pH值趨于平緩。
2.2 酸性亞硫酸氫鈉預(yù)處理對(duì)楊木主要成分的影響
不同亞硫酸氫鈉用量預(yù)處理后的楊木漿料化學(xué)成分含量（以初始原料為基準(zhǔn)）的變化如表3所示。亞硫酸氫鈉用量為0%（即稀酸預(yù)處理）時(shí)，由于木質(zhì)素結(jié)構(gòu)單元間的主要連接鍵型―酚型和非酚型的β-O-4在酸性條件下不斷裂，只能斷裂部分α-芳基醚鍵，因此木質(zhì)素脫除率低。隨著亞硫酸氫鈉用量增加，預(yù)處理液中親核試劑HSO3-和SO2·H2O濃度增大，原料中木質(zhì)素磺化溶出，因此殘余木質(zhì)素含量隨著亞硫酸氫鈉用量的增加而減少。此外，亞硫酸氫鈉用量增加導(dǎo)致Klason木質(zhì)素含量顯著下降，而酸溶木質(zhì)素的含量變化較小，可能是由于楊木漿料中被磺化的木質(zhì)素具有良好的親水性，在測(cè)定木質(zhì)素含量時(shí)更易溶出，使得酸溶木質(zhì)素含量保持穩(wěn)定。
表3 酸性亞硫酸氫鈉預(yù)處理?xiàng)钅緷{料的主要化學(xué)成分
葡聚糖和木聚糖的總和反映了楊木原料中高聚糖的含量。一般而言，楊木高聚糖的含量隨著預(yù)處理?xiàng)l件的增強(qiáng)而降低。由表3數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)，楊木漿料中的高聚糖含量隨亞硫酸氫鈉用量的增加先下降后趨勢(shì)漸緩。在低pH值條件下，纖維素和半纖維素水解，起始楊木漿料中的葡聚糖含量下降。隨著亞硫酸氫鈉用量的增加，pH值增加，纖維素水解速率變慢，因此葡聚糖的相對(duì)含量增加。在酸性條件下，半纖維素容易降解，因此木聚糖降低幅度較大，最高降幅約70%。相比較而言，葡聚糖降幅最高為12%左右，說(shuō)明酸性預(yù)處理主要降解半纖維素。
木質(zhì)素是影響木質(zhì)纖維原料酶水解的主要因素之一，脫除木質(zhì)素通常會(huì)提高酶水解效率[22]。但是，隨著預(yù)處理?xiàng)l件的增強(qiáng)，脫除木質(zhì)素的同時(shí)會(huì)降解高聚糖，使?jié){料得率下降。為了提高酶水解糖化效率，需要較高的漿料得率，即脫除木質(zhì)素的同時(shí)減少高聚糖的降解。如圖1所示，隨著木質(zhì)素脫除率的增大，楊木漿料預(yù)處理得率呈先快速下降再平緩的趨勢(shì)，說(shuō)明增加亞硫酸氫鈉用量會(huì)降低脫木質(zhì)素選擇性。
2.3 酶水解pH值對(duì)酸性亞硫酸氫鈉預(yù)處理?xiàng)钅緷{酶水解性能的影響
不同pH值酶水解體系對(duì)酸性亞硫酸氫鈉預(yù)處理?xiàng)钅緷{酶水解還原糖的轉(zhuǎn)化率如表4所示。相同預(yù)處理?xiàng)l件下，葡聚糖和總糖轉(zhuǎn)化率隨著酶水解液pH值的增加先增大后趨于平緩，木聚糖轉(zhuǎn)化率變化較小。楊木預(yù)處理漿料中葡聚糖的含量遠(yuǎn)大于木聚糖的含量，酶水解液中的葡萄糖含量也遠(yuǎn)大于木糖的含量，故葡聚糖轉(zhuǎn)化率的變化規(guī)律與總糖相似。
圖1 木質(zhì)素脫除率對(duì)預(yù)處理固形物得率的影響
表4 酸性亞硫酸氫鈉預(yù)處理?xiàng)钅緷{料不同酶水解pH下糖的轉(zhuǎn)化率（以預(yù)處理物料為基準(zhǔn)）
續(xù)表4
由表4可見(jiàn)，酸性亞硫酸氫鈉預(yù)處理?xiàng)钅緷{料的最佳酶水解糖化作用的緩沖液pH值為4.8～5.4。Wood等[23]研究表明若纖維素酶的催化活性在某一pH值時(shí)最大，則此pH值為酶的最適pH值。由表4數(shù)據(jù)可見(jiàn)，酶水解體系的pH值對(duì)酸性亞硫酸氫鈉預(yù)處理?xiàng)钅緷{的糖轉(zhuǎn)化率具有顯著的影響。當(dāng)pH值由4.5升至4.8時(shí)，酶水解中葡聚糖、木聚糖和總糖的轉(zhuǎn)化率均快速遞增；pH值繼續(xù)增至5.7時(shí)，酸性亞硫酸氫鈉預(yù)處理漿的葡聚糖和總糖轉(zhuǎn)化率趨于平緩而后又下降，而木聚糖則是先下降后升高的趨勢(shì)。因此，酸性亞硫酸氫鈉預(yù)處理后底物酶水解的最佳pH值范圍為4.8～5.4。
木質(zhì)素脫除率是影響酶水解效率的重要因素，在亞硫酸氫鈉用量不同的預(yù)處理?xiàng)l件下，酶水解總糖轉(zhuǎn)化率與木質(zhì)素脫除率的關(guān)系如圖2所示。對(duì)木質(zhì)纖維生物質(zhì)預(yù)處理，并不需要脫除全部的木質(zhì)素來(lái)達(dá)到最高的酶水解效率，一般而言，脫除原料中20%～65%的木質(zhì)素就可以提高酶對(duì)纖維素的可及性[24]。由圖2可見(jiàn)，隨著木質(zhì)素脫除率的增加，楊木漿料酶水解總糖轉(zhuǎn)化率增加，當(dāng)預(yù)處理后楊木中木質(zhì)素脫除率為55%左右時(shí)，酶水解總糖轉(zhuǎn)化率就可達(dá)到最大值，繼續(xù)脫除木質(zhì)素反而會(huì)過(guò)多地降解碳水化合物，不利于提高總糖轉(zhuǎn)化率。
圖2 木質(zhì)素脫除率對(duì)酸性亞硫酸氫鈉預(yù)處理?xiàng)钅緷{糖轉(zhuǎn)化率的影響
3 結(jié)論
1）酸性亞硫酸氫鈉預(yù)處理對(duì)楊木化學(xué)成分有顯著影響，隨著亞硫酸氫鈉用量的增加，楊木木質(zhì)素脫除率上升，碳水化合物加劇降解，其中半纖維素降解程度大于纖維素。預(yù)處理后楊木漿料得率先快速下降后趨勢(shì)漸緩。
2）楊木各聚糖轉(zhuǎn)化率隨著亞硫酸氫鈉用量的增加先升高后下降。總糖轉(zhuǎn)化率隨著木質(zhì)素脫除率的增加而上升，但當(dāng)木質(zhì)素脫除率約為55%時(shí)，繼續(xù)脫除木質(zhì)素不能有效提高總糖轉(zhuǎn)化率。
3）酸性亞硫酸氫鈉預(yù)處理?xiàng)钅緷{的酶水解最佳pH值范圍為4.8～5.4，經(jīng)6%亞硫酸氫鈉預(yù)處理?xiàng)钅緷{在酶水解液pH值 4.8和20 FPU/g下酶水解，葡聚糖和總糖轉(zhuǎn)化率分別達(dá)到91.3%和84.3%。
[1] Chundawat S P S, Beckham G T, Himmel M E, et al. Deconstruction of lignocellulosic biomass to fuels and chemicals[J]. Annual Review of Chemical and Biomolecular Engineering, 2011, 2: 121-145.
[2] Klinke H B, Ahring B K, Schmidt A S, et al. Characterization of degradation products from alkaline wet oxidation of wheat straw[J]. Bioresource Technology, 2002, 82(1): 15-26.
[3] Gu F, Yang L F, Jin Y C, et al. Green liquor pretreatment for improving enzymatic hydrolysis of corn stover[J]. Bioresource Technology, 2012, 124: 299-305.
[4] Yang L F, Cao J, Jin Y C, et al. Effects of sodium carbonate pretreatment on the chemical compositions and enzymatic saccharification of rice straw[J]. Bioresource Technology, 2012, 124: 283-291.
[5] Jin Y C, Yang L F, Jameel H, et al. Sodium sulfite-formaldehyde pretreatment of mixed hardwoods and its effect on enzymatic hydrolysis[J]. Bioresource Technology, 2013, 135: 109-115.
[6] Taniguchi M, Takahashi D, Watanabe D, et al. Effect of steam explosion pretreatment on treatment with Pleurotus ostreatus for the enzymatic hydrolysis of rice straw[J]. Journal of Bioscience and Bioengineering, 2010, 110(4): 449-452.
[7] Yang X W, Ma F Y, Zeng Y L, et al. Structure alteration of lignin in corn stover degraded by white-rot fungus Irpex lacteus CD2[J]. International Biodeterioration and Biodegradation. 2010, 64(2): 119-123.
[8] Sues A, Millati R, Edebo L, et al. Ethanol production from hexoses, pentoses, and dilute-acid hydrolyzate by Mucor indicus[J]. FEMS Yeast Research, 2005, 5(6-7): 669-676.
[9] Zhu J Y, Pan X J, Wang G S, et al. Sulfite pretreatment (SPORL) for robust enzymatic saccharification of spruce and red pine[J]. Bioresource Technology, 2009, 100(8): 2411-2418.
[10] Wang G S, Zhu J Y, Pan X J, et al. Sulfite pretreatment to overcome recalcitrance of lignocellulose (SPORL) for robust enzymatic saccharification of hardwoods[J]. Biotechnology Progress, 2009, 25(4): 1086-1093.
[11] Zhu W Y, Zhu J Y, Gleisner R, et al. On energy consumption for size-reduction and yields from subsequent enzymatic saccharification of pretreated lodgepole pine[J]. Bioresource Technology, 2010, 101: 2782-2792.
[12] Shuai L, Yang Q, Zhu J Y, et al. Comparative study of SPORL and dilute-acid pretreatments of spruce for cellulosic ethanol production[J]. Bioresource Technology, 2010, 101: 3106-3114.
[13] Zhang D S, Yang Q, Zhu J Y, et al. Sulfite (SPORL) pretreatment of switchgrass for enzymatic saccharification[J]. Bioresource Technology, 2013, 129: 127-134.
[14] Selig M, Weiss N, Ji Y. Enzymatic saccharification of lignocellulosic biomass. Laboratory Analytical Procedure[S]. UnitedStates: National Renewable Energy Laboratory, 2008.
[15] Wang Z J, Lan T Q, Zhu J Y. Lignosulfonate and elevated pH can enhance enzymatic saccharification of lignocelluloses[J]. Biotechnology for Biofuels, 2013, 6: 9.
[16] Lan T Q, Lou H M, Zhu J Y. Enzymatic saccharication of lignocelluloses should be conducted at elevated pH 5.2～6.2[J]. BioEnergy Research, 2013, 6: 476-485.
[17] Ghose T K. Measurement of cellulase activities[J]. Pure and Applied Chemistry, 1987, 59(2): 257-268.
[18] 賈之慎. 無(wú)機(jī)分析化學(xué)[M]. 北京: 高等教育出版社, 2008: 110-120.
[19] 石淑蘭, 何福望. 制漿造紙分析與檢測(cè)[M]. 北京: 中國(guó)輕工業(yè)出版社, 2003: 22-50.
[20] Sluiterl A, Hames B, Ruiz R, et al. Determination of structural carbohydrates and lignin in biomass. Laboratory Analytical Procedure[S]. United States: National Renewable Energy Laboratory, 2008.
[21] Linoj K, Richard C, Pablo A C, et al. Can the same steam pretreatment conditions be used for most softwoods to achieve good, enzymatic hydrolysis and sugar yields[J]. Bioresource Technology, 2010, 101(20): 7827-7833.
[22] 李忠正, 孫潤(rùn)倉(cāng), 金永燦. 植物纖維資源化學(xué)[M]. 北京: 中國(guó)輕工業(yè)出版社, 2012.
[23] Wood T M, Mccrae S I, Bhat K M. The mechanism of fungal cellulose action. Synergism between enzyme components of Penicillium pinophilum cellulose in solubilizing hydrogen bond-ordered cellulose[J]. Biochemical Journal, 1989, 260(1): 37-43.
[24] Han Y W, Catalano E A, Ciegler A. Treatments to improve the digestibility of crop residues[M]. New York: Academic Press, 1983: 217-238.
Effects of pH on the Enzymatic Saccharification of Acid Sodium Bisulfite Pretreated Poplar
WANG Yan1, ZHU Yang-su1, YONG Qiang2, JIN Yong-can1*
（1. Jiangsu Provincial Key Lab of Pulp and Paper Science and Technology, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China; 2. Key Laboratory of Forest Genetics and Biotechnology, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China）
Changing the pH of enzymatic hydrolysis could affect the enzymatic saccharification of lignocellulosic biomass. Acid sodium bisulfite pretreated poplar pulps was used as substrate for exploring the effects of enzymatic hydrolysis pH on the enzymatic saccharification. The results showed that the sugar yield and conversion of enzymatic hydrolysis of pretreated poplar tended to increase, then became gentle with the increase of pH. The range of optimal hydrolysis pH was 4.8～5.4. After hydrolyzed at pH 4.8 and 20 FPU/g, the glucan and total sugar conversion of poplar pretreated with 6% sodium bisulfite reached up to 91.3% and 84.3%, respectively.
pH; pretreatment; acid bisulfite; enzymatic saccharification; sugar conversion
TQ352.62
A
1004-8405(2015)03-0015-07
10.16561/j.cnki.xws.2015.03.03
2015-04-22
“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃（2015BAD15B09）；高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)科研基金（20133204110006）；江蘇省基礎(chǔ)研究計(jì)劃（自然科學(xué)基金）（BK20141473）；江蘇省高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目。
王 琰（1990～），男，碩士研究生；研究方向：生物質(zhì)資源化學(xué)與工程。
* 通訊作者：金永燦（1968～），博士，教授。jinyongcan@njfu.edu.cn
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