響應(yīng)面法優(yōu)化大豆秸稈乙醇預(yù)處理?xiàng)l件

涂洪峰 張冬啟 姚 蘭,2 楊海濤，*

(1.湖北工業(yè)大學(xué)制漿造紙工程學(xué)院,湖北武漢,430068；2.齊魯工業(yè)大學(xué)制漿造紙科學(xué)與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東濟(jì)南,250353)

研究論文

響應(yīng)面法優(yōu)化大豆秸稈乙醇預(yù)處理?xiàng)l件

涂洪峰1張冬啟1姚 蘭1,2楊海濤1，*

(1.湖北工業(yè)大學(xué)制漿造紙工程學(xué)院,湖北武漢,430068；2.齊魯工業(yè)大學(xué)制漿造紙科學(xué)與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東濟(jì)南,250353)

用秸稈等木質(zhì)纖維素原料制備生物質(zhì)燃料(乙醇)時(shí)，預(yù)處理是重要的一個(gè)步驟。與其他預(yù)處理方法相比,乙醇預(yù)處理后抽出組分純度高,預(yù)處理液更易回收。因此,采用響應(yīng)面法對(duì)大豆秸稈乙醇預(yù)處理過(guò)程中的預(yù)處理?xiàng)l件進(jìn)行了優(yōu)化。首先,在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上找出中心點(diǎn),通過(guò)中心組合條件運(yùn)用響應(yīng)面法優(yōu)化得到了大豆秸稈乙醇預(yù)處理最佳條件：保溫溫度170℃,保溫時(shí)間90 min,乙醇體積分?jǐn)?shù)50%。經(jīng)軟件Minitab17分析,保溫溫度對(duì)大豆秸稈預(yù)處理得率和還原糖得率影響最為顯著。對(duì)預(yù)處理后固料進(jìn)行成分分析發(fā)現(xiàn),乙醇預(yù)處理主要脫除大豆秸稈中的半纖維素和木素。在最佳預(yù)處理?xiàng)l件下，大豆秸稈中木素脫除率為61.95%,半纖維素脫除率為82.85%。

大豆秸稈；響應(yīng)面；乙醇預(yù)處理；還原糖得率

生物質(zhì)乙醇是指以富含纖維素的植物纖維為原料,通過(guò)微生物發(fā)酵將植物纖維轉(zhuǎn)化而成的燃料酒精。在當(dāng)今全球能源緊缺的大環(huán)境下,生物質(zhì)乙醇成為具有很大潛能的可再生能源的最佳選擇[1]。根據(jù)中國(guó)工程院《2030—2050年中長(zhǎng)期能源發(fā)展戰(zhàn)略研究》的保守預(yù)測(cè),到2030年,我國(guó)石油需求量將達(dá)到6.44億t,對(duì)外依存度可能突破70%。我國(guó)原油儲(chǔ)備不足,但我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó),擁有豐富的木質(zhì)纖維素原料。如果能高效利用這些生物質(zhì)原料生產(chǎn)生物質(zhì)乙醇,可以大大降低能源壓力。

木質(zhì)纖維素原料生產(chǎn)生物質(zhì)乙醇包含以下幾個(gè)環(huán)節(jié)：篩選原料、預(yù)處理、酶解糖化、發(fā)酵、純化。在植物纖維原料生產(chǎn)生物質(zhì)乙醇的過(guò)程中,由于半纖維素和木素作為“膠黏劑”復(fù)合在纖維素骨架間,降低了纖維素的可及性,所以在酶解糖化之前需要對(duì)原料進(jìn)行預(yù)處理[2]。預(yù)處理一般分物理法、化學(xué)法和生物法。其中，化學(xué)法是最有可能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)且研究最多的一種方法,主要包含酸預(yù)處理、堿預(yù)處理和有機(jī)溶劑預(yù)處理。有機(jī)溶劑預(yù)處理方法可以有效地將木質(zhì)纖維素原料分解為2種不同組分：即富含木素和半纖維素的預(yù)處理液和純度高的纖維素固料[3]。

乙醇以低沸點(diǎn)特性成為生物質(zhì)原料預(yù)處理的最佳預(yù)處理藥劑,乙醇作為預(yù)處理液有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：藥劑成本低、無(wú)毒、易溶于水和易回收[4]；而且乙醇預(yù)處理能夠打破植物細(xì)胞壁復(fù)雜的結(jié)構(gòu),使更多的纖維素能與纖維素酶接觸而降解為葡萄糖[5]。岳軍等[6]以木糖渣為原料,以乙醇溶液為預(yù)處理液進(jìn)行了預(yù)處理,當(dāng)固液比為1∶8、乙醇體積分?jǐn)?shù)50%、保溫溫度210℃、保溫時(shí)間1 h時(shí),木素脫除率可達(dá)到53.26%,纖維素72 h轉(zhuǎn)化率可達(dá)到84.42%,比預(yù)處理前提高14.58%。武書彬等[7]研究發(fā)現(xiàn),蔗渣在40%的乙醇溶液、保溫溫度195℃下處理30 min,其木素脫除率為57.97%,還原糖得率為40.29%。在有機(jī)溶劑預(yù)處理實(shí)驗(yàn)里,大多數(shù)選用低沸點(diǎn)溶劑(甲醇、乙醇)作為預(yù)處理液,在不加催化劑條件下需較高保溫溫度(100～250℃)[8]。Duff等[3]比較了生物質(zhì)原料有機(jī)溶劑加酸催化和自催化預(yù)處理反應(yīng),結(jié)果表明,在預(yù)處理溫度較高的情況下,由生物質(zhì)原料降解成的有機(jī)酸可作為催化劑促使木素-碳水化合物間化學(xué)鍵斷裂。如加入酸作為催化劑,保溫溫度不需要超過(guò)185℃[3,9]。為了減少成本和便于處理預(yù)處理廢液,本實(shí)驗(yàn)選乙醇溶液作為預(yù)處理液,稀硫酸為催化劑。

響應(yīng)面法是優(yōu)化多個(gè)交叉因子以獲得最大產(chǎn)值的一種數(shù)學(xué)模型類優(yōu)化工具[10],它可以從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中解決多元方程的問(wèn)題,而且可以同時(shí)計(jì)算和評(píng)估這些因子，從而得出最佳設(shè)計(jì)方案[11-12]。目前，有許多研究者在制備生物質(zhì)乙醇的預(yù)處理反應(yīng)中,應(yīng)用響應(yīng)面法進(jìn)行優(yōu)化,以使植物纖維原料得到高值利用[13-15]。本實(shí)驗(yàn)以大豆秸稈為原料,用酸催化乙醇預(yù)處理方法,還原糖得率作為指標(biāo),運(yùn)用響應(yīng)面法對(duì)乙醇預(yù)處理?xiàng)l件進(jìn)行了優(yōu)化,以達(dá)到降低成本、提高產(chǎn)率的目的。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 材料

大豆秸稈取自山東某農(nóng)場(chǎng),用FZ102微型植物粉碎機(jī)(天津市泰斯特儀器有限公司)粉碎；過(guò)篩，取40～60目粉料置于自封袋中，平衡水分后測(cè)定其主要成分(見(jiàn)表1)。

表1 大豆秸稈原料主要成分分析 %

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 乙醇預(yù)處理

絕干原料10 g,預(yù)處理液為體積分?jǐn)?shù)25%～75%的乙醇溶液,催化劑H2SO4用量為0.5%(對(duì)預(yù)處理液，下同),固液比為1∶10(g/mL)。將原料、預(yù)處理液和催化劑加入到小鋼罐中,搖勻,擰緊后放入ZQS1電熱回轉(zhuǎn)蒸煮鍋(陜西科技大學(xué)機(jī)械廠)內(nèi),以10℃/5 min的速度加熱至所需保溫溫度,并在此溫度下進(jìn)行保溫反應(yīng)。反應(yīng)完成后,用洗漿袋清洗預(yù)處理后的固料至中性,將固料放于4℃冰箱內(nèi)平衡水分1天后稱其質(zhì)量,根據(jù)式(1)算出預(yù)處理得率。然后取部分固料于50℃烘箱內(nèi)烘干備用,留絕干質(zhì)量為1 g的濕固料置于4℃的冰箱內(nèi)以用于酶解糖化實(shí)驗(yàn)。

(1)

式中，Z為預(yù)處理得率, %；m1為預(yù)處理后固料質(zhì)量,1-s1為預(yù)處理后固料的水分；m2為原料質(zhì)量,1-s2為原料的水分。

1.2.2 固料的酶解糖化

稱取絕干質(zhì)量0.250 g預(yù)處理后的濕固料加入50 mL 潔凈的三角瓶?jī)?nèi),加入12.5 mL pH值為4.8的醋酸-醋酸鈉緩沖溶液，然后按25 FPU/g底物加入酶液。將三角瓶移入ZHWY-2112B搖床(上海市智誠(chéng)分析儀器有限公司)中,反應(yīng)溫度為50℃,150 r/min,反應(yīng)72 h,取酶解后上清液置于-20℃冰箱，以供后續(xù)還原糖測(cè)定分析。酶解時(shí)底物濃度為2%，主要是考慮到本實(shí)驗(yàn)的目的是考察預(yù)處理?xiàng)l件，較高的底物濃度不僅會(huì)在酶解過(guò)程中造成底物抑制，預(yù)處理液中產(chǎn)生的物質(zhì)也會(huì)降低纖維素酶的有效酶活[6]。

1.2.3 中心組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

通過(guò)預(yù)處理保溫溫度、保溫時(shí)間和預(yù)處理液濃度梯度實(shí)驗(yàn)找出中心點(diǎn)條件。以-1、0、1說(shuō)明3個(gè)自變量的低、中、高水平進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。用軟件STATISTICA以保溫溫度、保溫時(shí)間、乙醇體積分?jǐn)?shù)為自變量,以預(yù)處理得率和還原糖得率為響應(yīng)值作圖,得到最適處理?xiàng)l件。設(shè)計(jì)三因素三水平實(shí)驗(yàn)(見(jiàn)表2)。

表2 中心組合實(shí)驗(yàn)因素及水平表

注T、t、c分別為中心點(diǎn)條件的保溫溫度、保溫時(shí)間和預(yù)處理液濃度。其中，T1為保溫溫度的水平強(qiáng)度,t1為保溫時(shí)間的水平強(qiáng)度,c1為預(yù)處理液乙醇體積分?jǐn)?shù)的水平強(qiáng)度。

1.3 分析方法

1.3.1 還原糖測(cè)定

取1.5 mL進(jìn)行n(n>0)倍稀釋后的酶解液,加入2 mL備用DNS溶液(已知其葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線)于比色管中,沸水浴10 min,加蒸餾水至25 mL,搖勻后用UV2550紫外分光光度計(jì)(日本島津)進(jìn)行測(cè)定,于540 nm處測(cè)定溶液的吸光度，從而得出還原糖量。紫外吸光度在0.2～0.8處較為合適,若超過(guò)上限值可對(duì)其進(jìn)行稀釋處理。根據(jù)測(cè)出的還原糖含量計(jì)算出還原糖得率,見(jiàn)式(2)。

(2)

其中，Y為還原糖得率, %；Z為預(yù)處理得率, %；m3為經(jīng)過(guò)預(yù)處理后的物料酶解糖化后得到的還原糖質(zhì)量,g。

1.3.2 成分分析

物料中苯-醇抽出物、纖維素、綜纖維素、木素、灰分等的測(cè)定按照文獻(xiàn)[16]描述的方法進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 中心組合實(shí)驗(yàn)

通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)可知,大豆秸稈預(yù)處理的中心條件為保溫溫度170℃、乙醇體積分?jǐn)?shù)50%、保溫時(shí)間90 min。根據(jù)中心組合法[17]將上述中心點(diǎn)條件代入表2中列出中心點(diǎn)組合條件,結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 大豆秸稈中心組合條件及結(jié)果

圖1 保溫時(shí)間、保溫溫度和乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)預(yù)處理得率影響響應(yīng)面圖

從表3可以得出,1#和3#實(shí)驗(yàn)中,保溫溫度和預(yù)處理液濃度不變,延長(zhǎng)保溫時(shí)間至150 min時(shí),預(yù)處理得率降低2.9個(gè)百分點(diǎn),但還原糖得率提高2個(gè)百分點(diǎn)。這說(shuō)明延長(zhǎng)保溫時(shí)間導(dǎo)致更多的物質(zhì)溶出,使酶和纖維素的接觸面積增大，從而提高纖維素的轉(zhuǎn)化率。對(duì)比9#、10#和15#3組實(shí)驗(yàn),保溫時(shí)間和預(yù)處理液濃度不變,提高保溫溫度,會(huì)有更多的物質(zhì)溶出,但其還原糖得率先上升后下降。這說(shuō)明，提高保溫溫度會(huì)加大預(yù)處理強(qiáng)度,提高預(yù)處理后濕固料纖維素轉(zhuǎn)化率,然而高強(qiáng)度預(yù)處理?xiàng)l件也可以造成纖維素部分溶出,降低可酶解的纖維素含量,從而導(dǎo)致還原糖得率下降。對(duì)比13#、14#和15#組實(shí)驗(yàn),保溫溫度和保溫時(shí)間不變,隨著預(yù)處理液濃度增大,還原糖得率先上升后下降。所以在預(yù)處理復(fù)雜的多元因素影響實(shí)驗(yàn)中,尋找一個(gè)最佳條件可使纖維素原料得到高值化利用。

2.2 響應(yīng)面法分析

2.2.1 響應(yīng)面法分析預(yù)處理?xiàng)l件對(duì)預(yù)處理得率的影響

根據(jù)表3的數(shù)據(jù),采用STATISTICA10.0軟件繪制預(yù)處理?xiàng)l件與預(yù)處理得率之間的關(guān)系圖(見(jiàn)圖1)。

從圖1可以看出,隨著單因素條件的增強(qiáng),預(yù)處理得率下降。這說(shuō)明大豆秸稈乙醇預(yù)處理過(guò)程中,原料中會(huì)有部分物質(zhì)溶入到預(yù)處理液中,且隨著預(yù)處理強(qiáng)度增大,溶出量增加。

用軟件Minitab17分析預(yù)處理?xiàng)l件對(duì)預(yù)處理得率的影響可知，保溫溫度對(duì)預(yù)處理得率影響的p值為0.000(p<0.001),說(shuō)明保溫溫度對(duì)預(yù)處理得率影響顯著；乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)預(yù)處理得率影響的p值為0.003,保溫時(shí)間對(duì)預(yù)處理得率影響的p值為0.002,這兩者p值均小于0.05但大于0.001,說(shuō)明乙醇體積分?jǐn)?shù)和保溫時(shí)間對(duì)預(yù)處理得率有影響。由這些結(jié)果可知,大豆秸稈乙醇預(yù)處理時(shí)，保溫溫度對(duì)預(yù)處理得率的影響最大,乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)預(yù)處理得率的影響最小。

2.2.2 響應(yīng)面法分析預(yù)處理?xiàng)l件對(duì)還原糖得率的影響

根據(jù)表3中的數(shù)據(jù),采用STATISTICA10.0軟件繪制預(yù)處理?xiàng)l件與還原糖得率之間的關(guān)系圖(見(jiàn)圖2)。

從圖2可以看出,隨著保溫時(shí)間、保溫溫度、乙醇體積分?jǐn)?shù)增大,還原糖得率先上升后下降。在中心點(diǎn)條件(保溫溫度170℃,保溫時(shí)間90 min,乙醇體積分?jǐn)?shù)50%)附近處達(dá)到最大值,即在中心點(diǎn)時(shí)還原糖得率最大。對(duì)大豆秸稈在其中心點(diǎn)條件下進(jìn)行處理,還原糖得率可達(dá)44.17%。

圖2 保溫時(shí)間、保溫溫度和乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)還原糖得率影響響應(yīng)面圖

試樣編號(hào)預(yù)處理得率/%纖維素含量/%木素含量/%半纖維素含量/%半纖維素脫除率/%木素脫除率/%纖維素脫除率/%對(duì)照樣10043.1616.8323.07———9#58.5167.1115.9716.3358.5844.489.028#48.1877.4713.298.2182.8561.9513.52

用軟件Minitab17分析預(yù)處理?xiàng)l件對(duì)還原糖得率的影響：保溫溫度對(duì)還原糖得率影響的p值為0.020(p<0.05),說(shuō)明保溫溫度對(duì)還原糖得率有影響；乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)還原糖得率影響的p值為0.315,保溫時(shí)間對(duì)還原糖得率影響的p值為0.300,這兩者p值均大于0.05,說(shuō)明乙醇體積分?jǐn)?shù)和保溫時(shí)間對(duì)還原糖得率影響較小。因此,大豆秸稈乙醇預(yù)處理反應(yīng)的保溫溫度對(duì)處理后還原糖得率影響最大。

2.2.3 不同強(qiáng)度預(yù)處理后固料的成分分析

選取2種不同條件處理后的固料,分析其半纖維素、木素和纖維素的溶出程度,并與原料進(jìn)行比較(見(jiàn)表4)。表4中試樣編號(hào)含義：對(duì)照樣為未經(jīng)過(guò)任何處理的原料；9#為經(jīng)保溫溫度160℃、保溫時(shí)間90 min、乙醇體積分?jǐn)?shù)50%的條件進(jìn)行預(yù)處理后的大豆秸稈固料；8#為經(jīng)保溫溫度170℃、保溫時(shí)間90 min、乙醇體積分?jǐn)?shù)50%的條件進(jìn)行預(yù)處理后的大豆秸稈固料。其中，經(jīng)過(guò)乙醇有機(jī)溶劑預(yù)處理的均加入H2SO4(用量0.5%)作為催化劑。

從表4可以看出,預(yù)處理后,大豆秸稈纖維原料中纖維素、半纖維素和木素都有部分溶出。在最佳條件(8#實(shí)驗(yàn))預(yù)處理后,大豆秸稈纖維原料中半纖維素和木素的脫除率是82.85%和61.95%；與9#實(shí)驗(yàn)相比,8#實(shí)驗(yàn)的半纖維素脫除率提高了24.27個(gè)百分點(diǎn),木素脫除率提高了14.47個(gè)百分點(diǎn),且纖維素?fù)p失量變大,說(shuō)明大豆秸稈具有木質(zhì)纖維素原料的天然特性(半纖維素和木素包裹纖維素),使得大豆秸稈直接采用微生物法生產(chǎn)乙醇相對(duì)困難[18]。乙醇預(yù)處理主要去除了木質(zhì)纖維素原料中的木素和部分半纖維素,使得纖維素暴露出來(lái),有利于酶與之進(jìn)行反應(yīng)[19]。在預(yù)處理過(guò)程中，一方面要避免強(qiáng)預(yù)處理?xiàng)l件(高預(yù)處理濃度、高保溫溫度和長(zhǎng)保溫時(shí)間)造成更多的纖維素?fù)p失，但同時(shí)又要溶出更多的木素和半纖素來(lái)提高酶解效率[20]，所以，應(yīng)找出一個(gè)最佳平衡點(diǎn)。

3 結(jié) 論

富含纖維素的大豆秸稈纖維原料是生產(chǎn)纖維素乙醇的優(yōu)質(zhì)原料,但需要對(duì)原料進(jìn)行預(yù)處理。實(shí)驗(yàn)通過(guò)響應(yīng)面法對(duì)大豆秸稈酶處理糖化獲得還原糖過(guò)程中的預(yù)處理?xiàng)l件進(jìn)行了優(yōu)化，優(yōu)化后的最佳預(yù)處理?xiàng)l件為：保溫溫度170℃,保溫溫度90 min,乙醇體積分?jǐn)?shù)50%，加入H2SO4作為催化劑(用量0.5%，對(duì)預(yù)處理液)。大豆秸稈纖維原料經(jīng)最佳條件預(yù)處理后，最終還原糖得率可達(dá)到44.17%。經(jīng)軟件Minitab17分析,保溫溫度對(duì)大豆秸稈纖維原料乙醇預(yù)處理后還原糖得率影響最為顯著。在乙醇預(yù)處理過(guò)程中，大豆秸稈中纖維素會(huì)伴隨木素、半纖維素溶出。在最佳預(yù)處理?xiàng)l件下,大豆秸稈木素脫除率為61.95%,半纖維素脫除率為82.85%。

[1] Dias M O S, Junqueira T L, Rossell C E V, et al. Evaluation of process configurations for second generation integrated with first gene-ration bioethanol production from sugarcane[J]. Fuel Processing Technology, 2013, 109(9): 84.

[2] Chandra R P, Bura R, Mabee W E, et al. Biofuels[M]. Berlin Heidelberg: Springer, 2007.

[3] Duff S J B, Murray W D. Bioconversion of forest products industry waste cellulosics to fuel ethanol: a review[J]. Bioresource Technology, 1996, 55(1): 1.

[4] YAWALATA D. Catalytic selectivity in alcohol organosolv pulping of spruce wood[D]. Columbia: University of British, 2001.

[5] Romaní A, Garrote G, López F, et al. Eucalyptus globulus wood fractionation by autohydrolysis and organosolv delignification[J]. Bioresource Technology, 2011, 102(10): 5896.

[6] 岳 軍, 姚 蘭, 趙 建, 等. 木糖渣的有機(jī)溶劑預(yù)處理及酶解性能[J]. 化工學(xué)報(bào), 2011, 62(11): 3256.

[7] 武書彬, 徐紹華. 蔗渣乙醇預(yù)處理及其對(duì)酶解的影響[J]. 華南理工大學(xué)學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版, 2014(7): 124.

[8] Thring R W, Chornet E, Overend R P. Recovery of a solvolytic lignin: Effects of spent liquor/acid volume ratio, acid concentration and temperature[J]. Biomass, 1990, 23(4): 289.

[9] Zhao X B, Cheng K K, Liu D H. Organosolv pretreatment of lignocellulosic biomass for enzymatic hydrolysis[J]. Applied Microbiology & Biotechnology, 2009, 82(5): 815.

[10] Muthuvelayudham R, Viruthagiri T. Application of central composite design based response surface methodology in parameter optimization and on cellulase production using agricultural waste[J]. International Journal of Chemical and Biological Engineering, 2010, 3(2): 97.

[11] Maache-Rezzoug Z, Pierre G, Nouviaire A, et al. Optimizing thermomechanical pretreatment conditions to enhance enzymatic hydrolysis of wheat straw by response surface methodology[J]. Biomass & Bioenergy, 2011, 35(7): 3129.

[12] Kim I, Han J I. Optimization of alkaline pretreatment conditions for enhancing glucose yield of rice straw by response surface methodology[J]. Biomass & Bioenergy, 2012, 46(1): 210.

[13] Umagiliyage A L, Choudhary R, Liang Y N, et al. Laboratory scale optimization of alkali pretreatment for improving enzymatic hydrolysis of sweet sorghum bagasse[J]. Industrial Crops & Products, 2015, 74: 977.

[14] Ofori-Boateng C, Lee K T. Sono-assisted organosolv/H2O2pretreatment of oil palm(Elaeisguineensis Jacq) fronds for recovery of fermentable sugars: Optimization and severity evaluation[J]. Fuel, 2014, 115(15): 170.

[15] Gaur R, Soam S, Sharma S, et al. Bench scale dilute acid pretreatment optimization for producing fermentable sugars from cotton stalk and physicochemical characterization[J]. Industrial Crops & Pro-ducts, 2016, 83: 104.

[16] 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, 2012.

[17] YAO L, Yue J, Zhao J, et al. Application of acidic wastewater from monosodium glutamate process in pretreatment and cellulase production for bioconversion of corn stover-feasibility evaluation[J]. Bioresource Technology, 2010, 101(22): 8755.

[18] Hsu T C, Guo G L, Chen W H, et al. Effect of dilute acid pretreatment of rice straw on structural properties and enzymatic hydrolysis[J]. Bioresource Technology, 2010, 101(13): 4907.

[19] 姚 蘭, 趙 建, 謝益民, 等. 稀酸預(yù)處理改善玉米秸稈酶水解性能的機(jī)制探討[J]. 林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè), 2012, 32(4): 87.

[20] Zhang K, Pei Z J, Wang D H. Organic solvent pretreatment of lignocellulosic biomass for biofuels and biochemicals: a review[J]. Bioresource Technology, 2016, 199: 21.

(責(zé)任編輯：王 巖)

Optimization of Ethanol Pretreatment of Soybean Straw by Response Surface Method

TU Hong-feng1ZHANG Dong-qi1YAO Lan1,2YANG Hai-tao1,*

(1.SchoolofPulpandPaperEngineering，HubeiUniversityofTechnologyWuhan，HubeiProvince，430068.2.KeyLaboratoryofPulpandPaperScience&TechnologyofMinistryofEducationofChinaQiluUniversityofTechnologyJi’nan，ShandongProvince， 250353)

(*E-mail: pphtyang1979@aliyun.com.cn)

The ethanol converted from lignocellulose is called the second generation of bioethanol. Pretreatment is an important step in the process of bioethanol production. Compared with other pretreatment methods, ethanol pretreatment has many advantages such as high-purity of extraction constituents, easily recycling of pretreatment liquid. In this paper, on the basis of single factor experiment and response surface method, the optional ethanol pretreatment condition of soybean straw was obtained, it was at 170℃ for 90 min with 50% ethanol concentration. Through analysis by Minitab17 software, it was found that the effect of temperature was the most significant on pretreatment yield and reducing sugar yield. Analysis results showed that the hemicellulose and lignin were mainly removed during ethanol pretreatment. Under the optimal pretreatment condition, the removal rate of lignin was 61.95%, and the removal rate of hemicellulose was 82.85%.

soybean straw； response surface； ethanol pretreatment； reducing sugar yield

2016- 03- 18

國(guó)家自然科學(xué)基金(31500496);制漿造紙科學(xué)與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金(KF-201409)。

涂洪峰,男,1990年生；在讀碩士研究生；主要從事環(huán)境資源微生物技術(shù)的研究。

*通信聯(lián)系人：楊海濤,E-mail:pphtyang1979@aliyun.com.cn。

TK6

A

1000- 6842(2016)04- 0001- 05