木質(zhì)纖維素糖化方法常規(guī)酶解：取預(yù)處理后的木質(zhì)纖維素原料10g，按一定固水比加入去離子水，調(diào)至pH值為6.原料按1%（w/w）用量加入纖維素酶，水解一定時(shí)間后終止反應(yīng)，冷卻至室溫。離心分離得到酶解殘?jiān)吞且?，用DNS比色法對(duì)糖液進(jìn)行還原糖測(cè)定。超聲酶促反應(yīng)：與常規(guī)酶解在相同溫度和pH的條件下，超聲頻率為20kHz，超聲作用時(shí)間與間歇時(shí)間比為1B2，水解一定時(shí)間后終止反應(yīng)，冷卻至室溫。離心分離得到酶解殘?jiān)吞且?，用DNS比色法對(duì)糖液進(jìn)行還原糖測(cè)定。
　　
　　超聲波對(duì)堿預(yù)處理作用條件的影響采用超聲配合堿水解工藝可以相對(duì)地降低處理強(qiáng)度，減少反應(yīng)時(shí)間和堿的用量。在對(duì)比實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)達(dá)到相同分解率所需要的堿濃度和水解反應(yīng)時(shí)間都有所降低。超聲波對(duì)堿水解預(yù)處理作用條件的影響Table1Effectofultrasonictotheconditionofalkalipretreatment預(yù)處理工藝原料分解率%堿濃度%反應(yīng)時(shí)間/h反應(yīng)溫度e單一堿水解24.181.525超聲輔助堿水解25.45125超聲波的空化作用強(qiáng)化了傳質(zhì)，增加了堿溶液的溶解性能。得到近乎相同的原料分解率，超聲輔助預(yù)處理所需的堿濃度從8%下降到5%，而水解時(shí)間也由原來的1.5h減少到1h，因此本文采用超聲輔助堿預(yù)處理工藝。
　　
　　超聲波輔助堿預(yù)處理與單一堿水解預(yù)處理的比較對(duì)原料各成分的影響比較了相同條件下的超聲輔助堿水解預(yù)處理和單一堿水解預(yù)處理，木質(zhì)素的脫除率提高了23.3%，半纖維素降解率提高了12.1%.堿預(yù)處理的優(yōu)勢(shì)就在于有效脫除木質(zhì)素，而超聲波的微震動(dòng)空化效應(yīng)不但可以進(jìn)一步提高木質(zhì)素的脫除率，同時(shí)半纖維素的降解率也大幅度提升。半纖維素的溶解使得預(yù)處理原料中部分纖維1素的可及性提高，酶解糖化率也隨之提高。掃描電鏡分析（SEM）分析顯示了未處理（a）、單一超聲波處理（b）、堿水解（c）后的玉米秸稈顆粒表觀形貌。它們對(duì)原料顆粒的分解程度有很大區(qū)別，（a）為致密硬挺的玉米秸稈，（b）中超聲振蕩所產(chǎn)生的能量不足以使顆粒狀原料的表面形態(tài)發(fā)生改變，（c）中堿水解的潤(rùn)脹作用對(duì)玉米秸稈原料的形態(tài)有較大破壞力，纖維形態(tài)發(fā)生膨脹，結(jié)構(gòu)變得疏松，表面出現(xiàn)破超聲波輔助堿水解預(yù)處理的比較碎現(xiàn)象，纖維的表面積增加，這些變化利于增加反應(yīng)試劑和溶劑對(duì)纖維素的可及度，從而改善其反應(yīng)性能和溶解性能。由可知超聲波可提高半纖維原料的降解率，故可推測(cè)采用超聲輔助堿的優(yōu)化預(yù)處理方式可從整體上提高酶解糖化率。
　　
　　不同預(yù)處理方式得到原料的SEM，紅外光譜分析由可以看出超聲處理后，半纖維素的分解率提高了一倍以上。這對(duì)以后的糖化過程很不利，為此進(jìn)一步優(yōu)化了操作工藝，回收了分解的半纖維素。將超聲輔助堿反應(yīng)液調(diào)至弱酸性，此時(shí)分解的低聚糖類會(huì)重新聚合，成為纖維素糊精沉淀出來。為原始纖維素、超聲波輔助預(yù)FTIR譜圖，對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)超聲波對(duì)木質(zhì)纖維素糖化過程影響的研究現(xiàn)，纖維素糊精的氫鍵吸收峰（3400cm-1）強(qiáng)度明顯減弱，說明糊精氫鍵締合程度減弱，相應(yīng)的結(jié)晶度降低。其特征吸收帶（7001800cm-1）也有較大減弱，說明糊精的聚合度很低。將這部分糊精回收直接混合到糖化原料中不但減少了原料成分的損失，而且可以有效增加纖維素酶的作用效率，從而提高酶解糖化率。
　　
　　纖維素糊精與木質(zhì)纖維素的紅外光譜圖可以看出，在起始的816h內(nèi)，在超聲波水浴中和普通水浴中時(shí)間的影響相似，糖化率隨時(shí)間的增加而增加；隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，超聲水浴中的糖化率明顯大于普通水浴中的糖化率，且在48h時(shí)纖維素酶的糖化率達(dá)到zui大值，為47.6%，纖維素酶的催化效果比常規(guī)酶解提高約70%.其作用機(jī)理可能是：超聲波直接作用于底物，使其產(chǎn)生部分降解，進(jìn)而使酶促反應(yīng)更易進(jìn)行；超聲波作用產(chǎn)生的微聲流對(duì)底物和酶分子產(chǎn)生一定程度的沖擊，使二者接觸次數(shù)增加，進(jìn)而促進(jìn)反應(yīng)速率增加，產(chǎn)物在此微聲流作用下也可能釋放速度加快；穩(wěn)態(tài)空化產(chǎn)生一定的能量，傳遞給反應(yīng)系統(tǒng)，從而改善底物進(jìn)入酶及產(chǎn)物進(jìn)入溶質(zhì)的傳質(zhì)擴(kuò)散過程；超聲波作用也可能改變了酶分子構(gòu)象，使其空間結(jié)構(gòu)更適宜與底物結(jié)合發(fā)揮催化功能。
　　
　　對(duì)比兩種預(yù)處理技術(shù)，超聲波輔助作用降低了堿預(yù)處理反應(yīng)所需的時(shí)間和堿用量，增加了木質(zhì)素脫除率。通過對(duì)工藝的改進(jìn)實(shí)現(xiàn)了原料的綜合利用并減少了環(huán)境污染。本實(shí)驗(yàn)采用的超聲波條件為80W，20KHz，由于超聲頻率有些低，故未使原料表觀形態(tài)發(fā)生變化。超聲波應(yīng)用在酶催化過程中，可以使糖化率提高。本研究中超聲輔助酶水解的糖化率比常規(guī)酶解提高了約70%