氢氧化钠预处理花生壳制备生物乙醇

牟晓红

（兰州石化职业技术学院，甘肃兰州730060）

中国的花生种植主要分布于山东，河南，河北，辽宁等地，每年产生大量的花生壳，其主要成分为纤维素65.7%，半纤维素10.1%，可溶性碳水化合物10.6%等，通过对花生壳制备生物乙醇的研究，实现农业废弃物回收利用，合理利用资源，是开展可持续发展的重要环节［1，2］。

1 实验部分

1.1 原材料

实验用花生壳取自山东胶东丘陵地区普通型丛生花生，将花生壳用清水冲洗、粉碎，自然烘干，过0.432 mm筛，放入干燥器中留存备用。实验所采用的纤维素酶是由Novol公司生产的，所用高活性干酵母是由湖北安琪酵母股份有限公司生产，NaOH为分析纯［3］。

1.2 试样制备

1.2.1氢氧化钠预处理取过筛后干燥的花生壳100 g，按一定量的料液比（花生壳的质量：水的体积，下同），加入适当浓度的NaOH混合均匀，水浴条件在80～100℃下处理一段时间，抽滤，滤渣洗至中性，放入烘箱烘干至质量恒定后，进行酶解［4］。

1.2.2同步糖化发酵处理以NaOH预处理后的花生壳纤维料渣为底物，在250 mL三角瓶中进行酶水解，固体底物浓度为80 g/L，加入一定量的纤维素酶，调节混合物pH值，同时加入干酵母和0.3 mL尿素，控制一定的温度条件进行振荡水解，水浴摇床转速为120 r/min，进行同步糖化发酵［5］。

1.3 试样表征与仪器

通过上海谱光仪器有限公司的紫外—可见分光光度计的测定，得到透光度T值，根据T值与光密度OD值（光密度）的换算方法，计算出560 nm下酶解液的OD值，采用DNS比色法（即3，5-2硝基水杨酸法）测定酶水解液中还原糖含量［6］。采用上海灵华仪器有限公司的GC9890A型气相色谱仪，通过外标法测定发酵液乙醇含量［7］。

2 结果与讨论

2.1 氢氧化钠预处理

通过文献［8-10］和预先实验确定了氢氧化钠预处理的主要影响因素为：

（A）料液比；

（B）氢氧化钠用量；

（C）反应温度；

（D）反应时间。

Lg（34）四因素三水平正交实验结果见表1、2。

表1 氢氧化钠预处理四因素三水平

表2 氢氧化钠预处理正交实验结果

由表2可知：氢氧化钠预处理花生壳的主要影响因素依次为A，B，C，D，其最佳工艺条件为：料液比1：30，反应温度90℃，反应时间30 min，氢氧化钠用量2%，纤维素转化率83.54%，OD值1.101，含糖量252.2 mg。

2.2 同步糖化发酵

根据文献研究［11，12］和预实验的结果，得出同步糖化发酵制备乙醇的主要影响因素为：

（A"）pH值；

（B"）反应温度；

（C"）酵母接种量；

（D"）纤维素酶用量。

进行Lg（34）四因素三水平正交实验，实验结果见表3、4。

由表4可知，在同步糖化发酵工艺中各影响因素的主要次序为：pH值为5.2，反应温度为40℃，酵母接种量为8%，纤维素酶的用量为36 u/g，乙醇收率为19.15%。

表3 同步糖化发酵法四因素三水平

3 结论

（1）用氢氧化钠预处理花生壳的最佳条件为：花生壳与水的质量体积比1：30，反应温度90℃，加入2%的氢氧化钠，预处理30 min，纤维素转化率83.54%，OD值1.101，含糖量252.2 mg。

（2）通过同步糖化发酵获得乙醇的最佳工艺条件为：固体底物中加入36 u/g纤维素酶，调节pH值至5.2，酵母接种量8%，反应温度40℃，此条件下乙醇收率为19.15%。

表4 同步糖化发酵正交实验结果