化工外文翻譯模板

1、it 1 fl畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文資料翻譯學(xué) 院：機(jī)械工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化G機(jī)械132學(xué)生姓名：孫銣學(xué)號(hào)：2013150075指導(dǎo)教師：訾克明（副教授）外文出處：Biotech nology Reports 3(2014)99-107附件：1外文資料翻譯譯文；2.外文原文指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ):簽名：在雙螺桿擠出機(jī)中酶法水解預(yù)處理后的玉米穗軸蒸汽爆炸殘留物Jun Zhenga ,Kim Chooa,b ,Chris Bradtc ,Rick Lehouxc ,Lars Rehmanna, *A 化學(xué)工程與生物工程系，西安大略大學(xué)，里士滿 1151 街，倫敦，在 N6A3K7。B 加拿

2、大萊姆頓學(xué)院， 1457街，倫敦路，在 N7S 6K4。摘要將結(jié)合有過(guò)濾裝置的改進(jìn)的雙螺桿擠出機(jī)用作液體 /固體分離器，用于從蒸 汽爆炸玉米芯中除去木糖。 面心為中心的復(fù)合設(shè)計(jì)用于研究各種酶水解過(guò)程變量 （酶負(fù)載，表面活性劑添加和水解時(shí)間）與兩種不同擠出的玉米芯（7木糖去除，80木糖去除）對(duì)葡萄糖轉(zhuǎn)化的組合效應(yīng)。結(jié)果表明，擠出過(guò)程導(dǎo)致纖維素 結(jié)晶度的增加，而結(jié)構(gòu)變化也可以通過(guò) SEM 觀察到。開(kāi)發(fā)了用于預(yù)測(cè)葡萄糖轉(zhuǎn) 化的二次多項(xiàng)式模型，并且擬合的模型提供了通過(guò)方差分析（ ANOVA ）驗(yàn)證的 真實(shí)響應(yīng)的充分近似。簡(jiǎn)介木質(zhì)纖維素生物質(zhì)向乙醇的生物轉(zhuǎn)化被認(rèn)為是石油基液體燃料的最重要的替 代品之一

3、14-15,17,29,35。木質(zhì)纖維素生物質(zhì)是高度豐富的，具有高能量潛力并且是 用于乙醇生產(chǎn)的低成本材料。 典型來(lái)源是林產(chǎn)品， 農(nóng)業(yè)殘余物， 城市固體廢物和 專用能源作物 18,31。玉米芯，玉米籽粒生產(chǎn)的副產(chǎn)品， 在歐洲的一些地區(qū)曾經(jīng)用于動(dòng)物飼料和肥 料，用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，而在美國(guó)，玉米芯目前被用作纖維素乙醇生產(chǎn)的潛在原料， 由于其低木質(zhì)素和高碳水化合物含量。此外，玉米芯具有產(chǎn)生約 8000Btu / lb 的 高熱值（ HHV ）。平均玉米棒產(chǎn)量為谷粒產(chǎn)量的約 14，占玉米秸稈總產(chǎn)量的 約 16 4,22,32。在可用于將木質(zhì)纖維素生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為合適的發(fā)酵底物的不同技術(shù) 25,33中，纖 維素

4、的酶促轉(zhuǎn)化似乎是獲得高產(chǎn)率的可發(fā)酵糖的最有希望的方法 8 ，因?yàn)樗?高度特異性的，不產(chǎn)生大量的不需要的副產(chǎn)物 38 。酶水解過(guò)程通常由纖維素酶 催化，并且該過(guò)程受到許多因素的影響， 包括半纖維素和木質(zhì)素的纖維素纖維保 護(hù)，纖維素結(jié)晶度， 聚合度，半纖維素的乙?；潭群蜕镔|(zhì)的可及表面積 28 。 半纖維素和木質(zhì)素的存在使得纖維素酶難以進(jìn)入纖維素， 這將降低水解效率。 因 此，纖維素生物質(zhì)的結(jié)構(gòu)必須在酶水解之前進(jìn)行預(yù)處理， 使得纖維素更易于酶促轉(zhuǎn)化11,29。各種物理，化學(xué)，物理化學(xué)和生物預(yù)處理方法已經(jīng)被充分研究了從木 質(zhì)纖維素生物質(zhì)的乙醇生產(chǎn) 16,35。預(yù)處理的目的主要是通過(guò)溶解半纖維素或

5、和木 質(zhì)素，以及通過(guò)降低聚合度和纖維素纖維結(jié)晶度來(lái)增加酶對(duì)纖維素的可達(dá)性 12 。此外，添加表面活性劑還提高了效率的纖維素水解3,10。為了提高酶水解速率， 研究人員集中研究多種酶水解過(guò)程參數(shù)， 包括底物濃 度和反應(yīng)條件，如水解時(shí)間，pH，溫度和添加表面活性劑35。最佳參數(shù)高度依 賴于消化的生物質(zhì)的物理化學(xué)結(jié)構(gòu)， 并且不同的預(yù)處理方法將產(chǎn)生顯著不同的生 物質(zhì)?？梢允褂秒p螺桿擠出機(jī)中的預(yù)處理 （除了其它方面） 以水解和去除半纖維 素級(jí)分 7,23-24。然而，還沒(méi)有系統(tǒng)地表征通過(guò)擠出預(yù)處理的木糖去除以及對(duì)玉米 芯的酶水解的其它工藝參數(shù)的影響。在本研究中，分別使用具有7木糖去除和80木糖去除的兩個(gè)

6、不同擠出的玉米棒作為酶水解的來(lái)源。通過(guò)SEM 和 XRD檢查這兩種材料的特性。 使用面心中心復(fù)合設(shè)計(jì)來(lái)研究各種酶水解過(guò)程變量 （酶 負(fù)載，表面活性劑添加和水解時(shí)間） 與這兩個(gè)擠出的玉米芯 （7木糖移除， 80 木糖移除）的組合效應(yīng)。2材料和方法玉米芯的獲得來(lái)自加拿大安大略省查塔姆的當(dāng)?shù)剞r(nóng)民。 將玉米芯清潔并研磨 至 0.5-1cm 3 的粒徑，并將水分調(diào)節(jié)至 50干物質(zhì)。然后將玉米棒進(jìn)料到連續(xù)蒸 汽爆炸預(yù)處理反應(yīng)器（GreenField Ethanol, Chatham）中。反應(yīng)器設(shè)定在205°C 的溫度。在用飽和蒸汽加壓的系統(tǒng)中具有 pH 4.8。預(yù)處理期間玉米芯的總保留時(shí) 間為

7、5分鐘。在這些條件下半纖維素被水解成木糖或木寡糖。反應(yīng)器的壓力迅速釋放到大氣壓力， 因此將加壓的玉米棒閃蒸到旋風(fēng)分離器中，這增加了酶的纖維的可及表面積。 收集具有 80水分含量的預(yù)處理的玉米棒并調(diào)節(jié)至 60 通過(guò)空 氣干燥以在擠出過(guò)程中進(jìn)一步除去木糖。所有其它化學(xué)品（例如乙酸，無(wú)水硫酸鈉，四環(huán)素，環(huán)己酰亞胺，葡萄糖和 木糖）是分析級(jí)的，并購(gòu)自 Sigma-Aldrich （USA） 。 Cellic CTec 2 纖維素酶獲自 Novozyme（ Canada）。2.2 擠出過(guò)程中木糖的去除使用 Leistritz 同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)（American Leistritz Extruder

8、Corp ,USA） 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。擠出機(jī)由12個(gè)每個(gè)200mm長(zhǎng)的模塊化的桶組成。使用熱感應(yīng)對(duì)桶進(jìn) 行電加熱，并通過(guò)水循環(huán)冷卻。從控制面板監(jiān)測(cè)桶溫度，水流速，進(jìn)料流速和壓 力。通過(guò)重量分析進(jìn)料器（Brabender Technology Canada將材料以4kg / h供 給到擠出機(jī)入口（圖 1 中的料筒 0）中。表1不同處理?xiàng)l件下玉米棒樣品的碳水化合物組成（一式三份的平均值土標(biāo)準(zhǔn)誤差）地面玉米（）蒸汽爆炸玉米（）擠壓玉米和木糖80%擠壓玉米和7%木糖葡萄糖41.3 ± 0.7555.4 ± 1.6165.5 ± 1.5058.1 ± 1.52木糖29.

9、0 ± 1.2522.8 ± 1.297.4 ± 0.1019.4 ± 1.00阿拉伯4.2 ± 0.182.4 ± 0.071.5 ± 0.072.3 ± 0.06糖半乳糖1.5 ± 0.10.6 ± 0.050.2 ± 0.030.6 ± 0.03甘露糖0.4 ± 0.030.3 ± 0.030.3 ± 0.030.2 ± 0.02以檢測(cè)過(guò)濾器兩側(cè)的壓力。使用兩種螺桿構(gòu)型（圖I和80%木糖清除的擠出玉米芯。通過(guò)將輸送，捏合和反向螺桿

10、元件放置在不同的位置和間隔來(lái)構(gòu)建這兩個(gè)螺桿; 們的較小節(jié)距可壓縮產(chǎn)品并在每 桿元件用于分解大的固體并混合構(gòu)型輪廓個(gè)桶內(nèi)實(shí)/ 生物質(zhì)詢水以實(shí)現(xiàn)均勻分布輸送螺t元件用于材料輸送，并且它:以不同角度取向的捏合螺此外，在相反方向上承載材料的反向螺桿元件緊接;過(guò)濾器之孑和之后放置圖1用于實(shí)現(xiàn)召集元件:揉捏元素:C1 : GFA-2-30-3K1 : KB2-1K2 :JKB2-=自由bb:cK3木糖去除的螺桿構(gòu)型;'|:;GFA-2-40-60 , C4: GFA-2-40-90 ,KB2-15-90, K4: KB2-15-30 , LiGFA-2-XX-XX, G =同向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn),距，第二個(gè)

11、XX =螺桿元件的長(zhǎng)度。KB5-2-30-XX-2 =螺紋數(shù)，30 =捏合段長(zhǎng)度，XX =各捏合段的扭轉(zhuǎn)角,2 =螺紋數(shù),KB =捏合段,RE = Li =第一個(gè)XX =螺5 =捏合段數(shù)，反向元件，X2 =通過(guò)容積泵（Milt on Roy USA ）將水注入到桶8中。將固/液分離器置于桶9 中以收集主要含有溶解的木糖的濾液。兩個(gè)壓力傳感器分別定位在桶8和10中, 1A和B）分別產(chǎn)生具有7%兩個(gè)相同的元件圖2未處理和擠出的玉米棒的各種放大倍數(shù)的SEM圖像(A, B)未除去木糖的未處理的玉米棒，(C, D)具有7%木糖除去的擠出的玉米棒，(E, F)擠出的除去80%木糖的玉米棒葡萄糖的濃度通過(guò)

12、Agile nt 1260 Infin ity高效液相色譜(HPLC)使用MetaCarb H Plus Colum n 300。7.8mm (Agile nt Techn ologies, USA)，裝備有折射率檢測(cè) 器。在分析前，將水解的液體樣品進(jìn)行50C稀釋并通過(guò)0.2m m醋酸纖維素膜(VWR International ,USA)過(guò)濾。柱溫度保持在 60C。流速為 0.7ml / min(5mM H 2 SO 4)0通過(guò)比較水解產(chǎn)物中產(chǎn)生的葡萄糖的量與預(yù)處理的生物質(zhì)中存在的 葡萄糖單體的總量來(lái)計(jì)算葡萄糖轉(zhuǎn)化。2.4酶水解從Novozyme (Canada獲得的玉米棒的酶水解在具有 C

13、ellic CTec 2酶的 100ml帶螺紋蓋的玻璃小瓶中進(jìn)行。 酶活性測(cè)量為168.2FPU / ml。應(yīng)用的酶負(fù)荷 從1.8至7.2FPU / g DM的擠出玉米芯(具有80%木糖去除)和1.1至4.4FPU / g DM的擠出玉米芯(具有7%木糖去除)變化?；诿總€(gè)擠出的玉米芯中的總纖 維素量確定酶負(fù)載量。水解混合物由12%( w / v)干物質(zhì)/緩沖液和0.1M檸檬 酸鈉緩沖液(pH5.0)組成，其補(bǔ)充有40ml四環(huán)素和30ml環(huán)己酰亞胺以防止消 化過(guò)程中的微生物污染。Tween 80 (Sigma Aldrich , USA)用于這些水解實(shí)驗(yàn)中 以增強(qiáng)未處理和預(yù)處理的玉米芯的相鑒定

14、。將樣品研磨以通過(guò)150卩mm目篩，并且結(jié)晶度由Rigaku (USA)使用CoK是輻射源。樣品以5 a的速度掃描。(2u)/ min，在5? 45C下連續(xù)運(yùn)行。（2u）范圍。纖維素樣品的結(jié)晶指數(shù)（CrI）通過(guò)基于以下關(guān)系 的X射線衍射圖確定：Crlmax lmin 100%1 max其中I max表示纖維素I在2u約26°處的最大強(qiáng)度峰值。I min表示在2u 約19°處非晶區(qū)（纖維素II）的最小強(qiáng)度峰值?；趶?CuK輻射源的布拉格定 律轉(zhuǎn)換。2.7 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)選擇具有四個(gè)因子的面心中心復(fù)合設(shè)計(jì)（FCCD）,以評(píng)價(jià)所選變量對(duì)反應(yīng) 模式的影響，并確定酶負(fù)載（2%-8%），吐

15、溫80濃度（0% 6%）和水解時(shí)間（24h-72h）,使用具有不同木糖清除率（7%和80%）的擠出玉米芯來(lái)使預(yù)處理 玉米芯的葡萄糖轉(zhuǎn)化最大化。基于初步研究選擇每個(gè)因子水平。來(lái)自完全因子設(shè) 計(jì)的初步結(jié)果顯示出顯著的曲率（數(shù)據(jù)未示出），因此選擇中心復(fù)合設(shè)計(jì)，特別 是“面心”設(shè)計(jì)，因?yàn)橹挥袃煞N類型的擠出生物質(zhì)可用（7%和80%木糖去除）。選擇水解產(chǎn)物中產(chǎn)生的葡萄糖總量與蒸汽爆炸玉米芯中總葡萄糖理論量（在酸水解后分析）之比作為分析響應(yīng)。使用軟件Design Expert,版本 （Stat Ease Inc.USA）開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。得到的22個(gè)實(shí)驗(yàn)條件以及每種類型的生物質(zhì)的三個(gè)中 心點(diǎn)重復(fù)測(cè)

16、試一式三份，數(shù)據(jù)表示為一式三份的平均值，標(biāo)準(zhǔn)偏差。所有實(shí)驗(yàn)完 全隨機(jī)化進(jìn)行，并且數(shù)據(jù)通過(guò)線性回歸擬合到二階模型：y =卩。+瓦xFix +瓦二0必2 + 瓦:名 %xxj其中y是預(yù)測(cè)響應(yīng)，Xi表示獨(dú)立變量，k是變量的數(shù)量，由是截取系數(shù)，B 表示每個(gè)獨(dú)立變量的線性系數(shù)，ft表示二次項(xiàng)的系數(shù)，旬表示相互作用效應(yīng)的 系數(shù)和&是隨機(jī)誤差。進(jìn)行方差分析（ANOVA ），并且使用F檢驗(yàn)基于a = 0.05的顯著性確定每 個(gè)變量的顯著性，相互作用和二次效應(yīng)。通過(guò) R 2,調(diào)整的R 2,適當(dāng)?shù)臏?zhǔn)確度和 缺乏用于確定適當(dāng)性的擬合系數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)擬合的模型。此外，擬合模型通過(guò)使用確 定的顯著變量的條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)來(lái)

17、驗(yàn)證1。3 結(jié)果與討論表2基于中心復(fù)合材料設(shè)計(jì)，在不同條件下從擠出的生物質(zhì)中釋放葡萄糖試驗(yàn)因素Emzyme加 載(%wjw)漸變80濃度（%wjw）不同的木糖 刪除（%水解時(shí)間（hr）響應(yīng)葡萄糖轉(zhuǎn)換（）180802456.67 ± 1.3425374849.87 ± 1.75353804861.06 ± 0.73426802432.31 ± 2.1158072452.18 ± 1.68620807238.23 ± 1.31753804862.4 ± 0.6682672424.3 ± 1.74920802426.95

18、 ± 1.02102077229.79 ± 1.671186802463.94 ± 0.98122677263.94 ± 0.98135374847.99 ± 1.631480807282.03 ± 0.83155374882.03 ± 0.83168077269.98 ± 1.21172072424.15 ± 1.761853804862.2 ± 0.85198672455.45 ± 1.462026807242.83 ± 0.77218677272.92 ± 0

19、.912286807288.41 ± 0.64235372436.57 ± 0.592453802445.89 ± 2.052583804871.93 ± 1.112623804832.38 ± 1.232750804854.15 ± 1.152856804860.57 ± 1.60在酸水解后測(cè)量在蒸汽爆炸之前和之后以及在不同擠出機(jī)處理之后研究玉 米芯的碳水化合物組成5,9,21。數(shù)據(jù)顯示在表1中（基于總干物質(zhì)）。相對(duì)葡萄 糖含量是單糖的最大部分，分別從 41%增加到66%和58%，這取決于不同的 擠出工藝條件。在蒸汽爆炸預(yù)

20、處理期間，半纖維素級(jí)分在高溫和高壓下大量水 解成木糖。通過(guò)在65C的機(jī)筒溫度下的擠出工藝實(shí)現(xiàn)從蒸汽爆炸玉米芯中除去 7%的木糖。在不加水的情況下100rpm的螺桿轉(zhuǎn)速，而當(dāng)機(jī)筒溫度升至 100C時(shí)，實(shí)現(xiàn)80%的木糖除去。并且在桶8以2.9kg / h注入水。發(fā)現(xiàn)阿拉伯糖，半 乳糖和甘露糖在少量級(jí)分（5.0%）。3.1 生物量表征表3二階模型方差分析來(lái)源平方和自由度均方F值P值備注模型42.3594.71405.1<0.0001重要的線性X131.62131.622722.2<0.0001X34.3914.39377.56<0.0001X43.2913.29283.48<

21、0.0001X20.3410.3429.37<0.0001交互XlX30.2810.2824.080.0001X3X0.0086X2X40.0910.097.650.0132二次0.4310.4337.41<0.00010.0810.086.840.0181剩余0.2170.1不相稱0.16130.11.370.4111不重要的純誤差0.0440.009032R0.9954Adj-squared0.9929Pre R20.9884足夠的精度69.64C.V.1.54在不同放大倍數(shù)下具有不同木糖清除的未處理和擠出的玉米芯的SEM圖像示于圖1中。基于與SEM顯微照

22、片的差異，顯然未處理的玉米芯表現(xiàn)出高度纖 維狀，有序和剛性的表面結(jié)構(gòu)，表面相對(duì)光滑（圖 2A和B）。然而，在擠出預(yù) 處理后，玉米芯被分離成具有不同尺寸的不同不規(guī)則的纖維，并且一些內(nèi)部區(qū)域完全暴露，從而增加內(nèi)表面積。同時(shí)，與未處理的玉米芯中的圖像相比，擠出的 玉米棒的表面更加劈裂，破裂和粗糙的結(jié)構(gòu)。此外，在擠壓的玉米芯的表面上觀 察到一些孔，這可能是由于在高溫下的水分蒸發(fā)引起的（圖 2C，D，E和F）。 擠出預(yù)處理為玉米芯提供混合，剪切力和熱量。因此，水分可以在擠出過(guò)程中蒸 發(fā)并深入滲透玉米芯顆粒40。B圖3顯示吐溫80濃度和酶負(fù)載（A, B:恒定水解時(shí)間為24小時(shí)和72小時(shí)，分別與具有7 %木

23、糖的擠出玉米芯的相互 作用效應(yīng)的響應(yīng)表面圖；C , D:恒定水解時(shí)間為 24小時(shí)，72小時(shí)，分別用80%木糖去除亠譽(yù) 更 U9專AUOO的擠出玉米芯）使用粉末X射線衍射儀（XRD ）檢查未處理和擠出的玉米芯的結(jié)構(gòu)。纖維 素的晶體結(jié)構(gòu)可以通過(guò)各種預(yù)處理通過(guò)破壞纖維素原纖維的鏈間和鏈內(nèi)氫鍵而 改變29。衍射圖結(jié)果顯示，未處理和擠出的玉米棒在2u = 26時(shí)具有典型的纖維素I和纖維素II變體特征，和2 u = 19時(shí)分別對(duì)于未處理的玉米芯，結(jié)晶峰優(yōu) 于無(wú)定形峰，這可能是由于在未處理的玉米棒中存在更高的結(jié)晶纖維素含量，所述玉米棒是難以酶促水解的纖維素形式。通過(guò)三次重復(fù)從XRD數(shù)據(jù)計(jì)算不同處理的結(jié)晶度指

24、數(shù)（Crl） 0.02,0.462, 0.03和0.510,對(duì)于未處理的，分別為“0.007”, “除去7%木糖”和“除去80%木糖”。在擠出預(yù)處理之后，擠出的玉米棒的峰 高度增加并變得更尖銳，表明纖維素的量增加，這可以從表1中的組成分析證實(shí)， 并且表明擠出的玉米棒具有較高的結(jié)晶度。 預(yù)處理后的結(jié)晶度增加可能由于去除 木質(zhì)素和半纖維素的無(wú)定形組分而產(chǎn)生，這與文獻(xiàn)中通常報(bào)道的值一致。這也證實(shí)了擠出預(yù)處理是將纖維素暴露于酶促轉(zhuǎn)化的有效方法。擠出玉米棒的結(jié)晶度的增加對(duì)應(yīng)于纖維素結(jié)構(gòu)的剛性的增加，這導(dǎo)致纖維的更高的拉伸強(qiáng)度2,20,27。擠出的具有80%木糖去除的玉米芯在2u = 26具有更高的晶體性

25、與擠出過(guò)程中除去 7%木糖的擠出玉米芯相比，由此在擠出過(guò)程中除去80%木糖的擠出玉米芯中結(jié) 晶纖維素的含量高于在表1中確認(rèn)的具有7%木糖除去的擠出玉米棒使用Microsoft Office Excel 2007 通過(guò)方差分析（ANOVA ）的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)（F 值> Fcrit）也證實(shí)了該結(jié)論3.2 酶水解AB圖4水解時(shí)間和酶負(fù)載對(duì)葡萄糖轉(zhuǎn)化的組合效應(yīng)的響應(yīng)表面圖A :具有7%木糖移除的擠出玉米芯的恒定Twee n 80濃度（3 %）,了 匸eeaAUOOB :具有80%木糖移出的擠出玉米棒的恒定Tween 80濃度（3%）基于使用面心中心復(fù)合設(shè)計(jì)（FCCD ）的統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)來(lái)選擇酶水解的測(cè)試

26、 條件。測(cè)試條件和所得葡萄糖轉(zhuǎn)化率示于表 2中。二次響應(yīng)表面模型的結(jié)果顯示 在表3中。模型的F值為405.10,與臨界值（2.80）相比非常高，表明該模型是 非常重要的?！?Prob> F”的值小于0.0001,支持該模型是顯著的。如果它們的 值<0.05,則每個(gè)參數(shù)系數(shù)的顯著性由 P值（Prob> F）確定。P值越小，相應(yīng)的 系數(shù)越顯著。在獨(dú)立變量中，酶負(fù)載，水解時(shí)間，Tween 80濃度和“具有不同木糖清除的擠出玉米棒”對(duì)葡萄糖轉(zhuǎn)化具有顯著影響。酶負(fù)載和水解時(shí)間的二次 效應(yīng)也對(duì)葡萄糖轉(zhuǎn)化具有顯著影響。調(diào)整的R 2為0.99證實(shí)了模型的充分性，并且基于P值沒(méi)有檢測(cè)到顯著的擬

27、合缺乏。所有實(shí)驗(yàn)的信噪比大于4，表示有足夠的信號(hào)，其可以用于導(dǎo)航設(shè)計(jì)空間?；谒x擇的顯著變量，回歸分析產(chǎn)生以下二次模型，其是葡萄糖轉(zhuǎn)化率和測(cè)試變量之間的關(guān)于編碼單位（a 1至+ 1）的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系:Y = 7.27 1.33X,0.14X20.52X30.37X40.13X.X3 0.071X2X4 0.076X3X4 0.38X2 0.16X32其中，丫是葡萄糖轉(zhuǎn)化率的平方根（）； X 1 , X 2 , X 3和X 4分別是酶負(fù)載量，Tween 80濃度，水解時(shí)間和擠出的具有不同木糖清除率的玉米芯（ 7%, 80%）。Time 01圖5顯示具有不同木糖清除的擠出玉米芯與水解時(shí)間Tween 8

28、0濃度對(duì)葡萄糖轉(zhuǎn)化的相互作用的2D圖。A :恒定Tween 80濃度（3%），酶負(fù)載為5 % ; B :恒定水解時(shí)間為 48小時(shí)，酶負(fù)載為5% ；虛線：擠出的玉米芯，具有 7%木糖移除；實(shí)線：80%木糖去除。符號(hào)表示測(cè)量數(shù)據(jù)3.2.1變量對(duì)葡萄糖轉(zhuǎn)化的綜合影響生成表面圖以進(jìn)一步說(shuō)明相應(yīng)參數(shù)的相互作用。吐溫80濃度和酶負(fù)載對(duì)擠出玉米芯的酶水解的影響顯示在圖3中。對(duì)于擠出的具有7%木糖除去的玉米芯， 如圖1所示。如圖4A和B所示，當(dāng)酶負(fù)載和水解時(shí)間變化時(shí)（P = 0.05），在 Tween 80存在下，葡萄糖轉(zhuǎn)化沒(méi)有顯著影響。這表明木糖可能是限制酶水解的 主要因素。對(duì)于除去80%木糖的擠出玉米穗，

29、吐溫80的作用在24小時(shí)非常小（圖4C）。然而，當(dāng)水解時(shí)間延長(zhǎng)至72小時(shí)（圖4D）時(shí)，增加Tween 80濃度導(dǎo)致在高酶水平(P <0.05)下葡萄糖轉(zhuǎn)化顯著增加。然而，隨著水解時(shí)間的增加，預(yù)計(jì)會(huì)看到由于纖維素底物減少， 潛在抑制性 末端和副產(chǎn)物增加以及一般酶失活而導(dǎo)致的水解速率的降低13;在低酶負(fù)載下可能更明顯。該圖顯示在高水平的 Tween 80濃度存在下獲得較高的水解產(chǎn)率。 例如，當(dāng)酶負(fù)載為2%時(shí)，葡萄糖轉(zhuǎn)化率的差異從36%變?yōu)?2%，當(dāng)酶負(fù)載下 Tween 80濃度增加至6%時(shí)，從80%至88%獲得較高的差異的8%。此外，表 面活性劑還可以通過(guò)吸收到木質(zhì)素的表面中來(lái)防止纖維素酶與

30、木質(zhì)素的非生產(chǎn) 性結(jié)合。這使得更具活性的酶僅與纖維素反應(yīng)以改善葡萄糖轉(zhuǎn)化率10。表4操作條件和確認(rèn)實(shí)驗(yàn)的預(yù)測(cè)和測(cè)量響應(yīng)試驗(yàn)酶加載(%)漸變80濃度(%)不同木糖清除量(%)水解時(shí)間(h)預(yù)測(cè)葡萄糖轉(zhuǎn)換測(cè)量葡萄糖 轉(zhuǎn)換誤差186807287.6690.01 ± 0.692.6125374847.6148.56 ± 1.851.9637.25.9807283.5585.11 ± 0.901.8344276042.9443.70 ± 1.251.74553804858.3759.65 ± 1.042.1562377228.5929.45 ±

31、 2.092.92固定Tween 80濃度(3%)下酶負(fù)載量和水解時(shí)間的聯(lián)合效應(yīng)顯示在圖1中。從圖5可以看出。如圖5A所示，當(dāng)酶負(fù)載量為2%時(shí)，葡萄糖的轉(zhuǎn)化率從22% 增加至具有7%木糖去除的擠出玉米芯，但當(dāng)將水解時(shí)間從 24增加至72時(shí)，在 8%酶負(fù)載時(shí)，葡萄糖從51%增加至68% H。還觀察到水解時(shí)間對(duì)具有80%木 糖去除的擠出玉米芯的葡萄糖轉(zhuǎn)化的影響(圖 5B)。當(dāng)酶負(fù)載為2%時(shí)，在水 解24小時(shí)時(shí)葡萄糖轉(zhuǎn)化僅為28%。當(dāng)酶負(fù)載從2%增加到8%時(shí)，增加纖維素 酶的量顯著改善葡萄糖轉(zhuǎn)化為59%。酶在纖維素表面上擁擠，在實(shí)驗(yàn)條件下沒(méi) 有觀察到在增加酶濃度時(shí)可導(dǎo)致較低水解速率的效應(yīng) 37。在2

32、%酶負(fù)載下水解 時(shí)間從24小時(shí)增加到72小時(shí)僅導(dǎo)致輕微的。在2%酶負(fù)載下水解時(shí)間從24小時(shí)增加到72小時(shí)僅導(dǎo)致葡萄糖轉(zhuǎn)化率的輕 微增加。這可能是由于沒(méi)有足夠的纖維素酶達(dá)到反應(yīng)混合物中一定量的纖維素水 解的吸附飽和。酶負(fù)載的進(jìn)一步增加將減緩由于混合物溶液中更多未使用的纖維 素酶導(dǎo)致的葡萄糖轉(zhuǎn)化。因此，如所預(yù)期的，葡萄糖轉(zhuǎn)化可以在更高的酶負(fù)載下 隨著更長(zhǎng)的水解時(shí)間而增加。木糖去除的效果(指定為分類參數(shù))可以在二維圖中顯現(xiàn)，如圖1所示，圖4和5已經(jīng)顯示高的木糖去除清楚地導(dǎo)致增強(qiáng)的酶消化率。圖6通過(guò)顯示對(duì)于兩種類型的生物質(zhì)分別作為水解時(shí)間和 Tween 80表面活性劑濃度的函數(shù)的葡萄糖 轉(zhuǎn)化的模型結(jié)果

33、，而其余變量在它們的中心點(diǎn)來(lái)突出顯示。 這些發(fā)現(xiàn)與幾個(gè)研究一致，表明如果咼百分比的半纖維素被去除可以促進(jìn)通過(guò)酶水解的纖維素轉(zhuǎn)化19,30,39。3.2.2 模型驗(yàn)證為了確認(rèn)從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲得的二階多項(xiàng)式回歸模型的有效性和適用性，進(jìn)行如表4所列的六個(gè)確認(rèn)運(yùn)行以比較預(yù)測(cè)值和測(cè)量值之間的差異。表4中的結(jié)果顯示該差值低于3%。如圖4所示的預(yù)測(cè)值與測(cè)量值的曲線圖。圖 7還驗(yàn)證了建議的 模型的總體良好擬合，表明所提出的模型可以是表達(dá)響應(yīng)和顯著變量之間的實(shí)際 關(guān)系以預(yù)測(cè)葡萄糖轉(zhuǎn)化的有用和準(zhǔn)確的模型。4679Measured Conversion圖6葡萄糖轉(zhuǎn)換的預(yù)測(cè)值與測(cè)量值4.結(jié)論雙螺桿擠出機(jī)可用作木質(zhì)纖維素生

34、物質(zhì)的預(yù)處理方法以產(chǎn)生具有不同木糖 含量的材料?？梢曰谒捎玫穆輻U構(gòu)型來(lái)控制木糖含量， 如對(duì)于脫墨玉米芯所 證明的。擠出過(guò)程進(jìn)一步導(dǎo)致纖維素結(jié)晶度的增加，同時(shí)通過(guò)SEM觀察到結(jié)構(gòu)變化。殘留木糖（通過(guò)擠出過(guò)程7%和80%去除），酶負(fù)載，表面活性劑添加和 水解時(shí)間對(duì)酶水解的影響可以用二階多項(xiàng)式模型描述，基于通過(guò)面心為中心的復(fù)合物產(chǎn)生的數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)。所有獨(dú)立變量和酶加載和水解時(shí)間，水解時(shí)間和木糖含量， Tween 80濃度和木糖含量，酶負(fù)載的二次項(xiàng)以及水解時(shí)間的二次項(xiàng)對(duì)酶水解有 顯著影響的相互作用影響。5 致謝，加拿大商業(yè)化和NSERC）和加拿作者想要推薦 GreenField 特種醇公司（加拿大 C

35、hatham） 研究卓越中心（CECR），加拿大自然科學(xué)和工程研究委員會(huì)（ 大創(chuàng)新金融基金會(huì)（CFI）支持。6 參考文獻(xiàn)1 A.M. Adel, Z.H. Abd El-Wahab, A.A. Ibrahim, M.T. Al-Shemy, Characterization of microcrystalline cellulose prepared from lignocellulosic materials. Part I.Acidcatalyzed hydrolysis, Bioresour. Tech nol. 101 (2010) 4446455.2 A. Alemdar, M. S

36、ain, Biocomposites from wheat straw nanofibers: morphology,thermal and mechanical properties, Compos. Sci. Technol. 68 (2008) 557 £65.3 M. Alkasrawi, T. Eriksson, J. B?rjesson, A. Wingren, M. Galbe, F. Tjerneld,G. Zacchi, The effect of Tween-20 on simultaneous saccharification and fermentation

37、of softwood to etha nol, En zyme Microb. Tech nol. 33 (2003)7178.4 B. Barl, C.G. Biliaderis, E.D. Murray, A.W. Macgregor, Combined chemical and enzymatic treatments of corn husk lignocellulosics, J. Sci. Food Agric. 56 (1991)195-14.5 L.G. Borchardt, C.V. Piper, A gas chromatographic method for carbo

38、hydrates as alditol-acetates, Tappi 53 (1970) 257-260.6 Y. Cao, H. Tan, Study on crystal structures of enzyme-hydrolyzed cellulosic materials by X-ray diffraction, Enzyme Microb. Technol. 36 (2005) 314-317.7 Dottori, F.A., Benson, R.A.C., Benech, R.O., inventors; January 13 2013,Fractionation of lig

39、nocellulosic biomass for cellulosic ethanol and chemicalproduction. United States patent US 0017589.8 W.K. El-Zawawy, M.M. Ibrahim, Y.R. Abdel-Fattah, N.A. Soliman, M.M. Mahmoud, Acid and enzyme hydrolysis to convert pretreated lignocellulosic materials into glucose for ethanol production, Carbohydr

40、. Polym. 84(2011) 865-871.9 H. Englyst, H.S. Wiggins, J.H. Cummings, Determination of the non-starch polysaccharides in plant foods by ga-sliquid chromatography of constituent sugars as alditol acetates, Analyst 107 (1982) 30-7318.10 T. Eriksson, J. B?rjesson, F. Tjerneld, Mechanism of surfactant ef

41、fect in enzymatic hydrolysis of lignocellulose, Enzyme Microb. Technol. 31 (2002)353-364.11 K. Gao, L. Rehmann, ABE fermentation from enzymatic hydrolysate of NaOH-pretreated corncobs, Biomass Bioenerg. 66 (2014) 11-0115.12 N. Gil, S. Ferreira, M.E. Amaral, F.C. Domingues, A.P. Duarte, The influence

42、 of dilute acid pretreatment conditions on the enzymatic saccharification of Erica spp. for bioethanol production, Ind. Crops Prod.32 (2010) 2-935.13 D.J. Gregg, J.N. Saddler, Factors affecting cellulose hydrolysis and the potential of enzyme recycle to enhance the efficiency of an integrated wood t

43、o ethanol process, Biotechnol. Bioeng. 51 (1996) 375-383.14 B. Hahn-H?gerdal, M. Galbe, M.F. Gorwa-Grauslund, G. Lid n, G. Zacchi, Bio-ethanol-the fuel of tomorrow from the residues of today, Trends Biotechnol.24 (12) (2006) 549-556.15 C.N. Hamelinck, G. Van Hooijdonk, A.P.C. Faaij, Ethanol from lig

44、nocellulosic biomass: techno-economic performance in short-, middle- and long-term,Biomass Bioenerg. 28 (4) (2005) 384-410.16 A.T.W.M. Hendriks, G. Zeeman, Pretreatments to enhance the digestibility of ligno cellulosic biomass, Bioresour. Tech nol. 100 (2009) 1 8.17 M.E. Himmel, S.-Y. Ding, D.K. Joh

45、nson, W.S. Adney, M.R. Nimlos, J.W. Brady, T.D.Foust, Biomass recalcitrance: engineering plants and enzymes for biofuels productio n, Scie nee 315 (5813) (2007) 8007.18 T.C. Hsu, G.L. Guo, W.H. Chen, W.S. Hwang, Effect of dilute acid pretreatment of rice straw on structural properties and enzymatic

46、hydrolysis, Bioresour.Tech nol. 101 (2010) 4907F913.19 M.A. Kabel, G. Bos, J. Zeevalking, A.G.J. Voragen, H.A. Schols, Effect of pretreatment severity on xylan solubility and enzymatic breakdown of the remaining cellulose from wheat straw, Bioresour. Technol. 98 (2007) 2034 -042.20 S. Kim, M.T. Holt

47、zapple, Effect of structural features on enzyme digestibility of corn stover, Bioresour. Tech nol. 97 (2006) 583591.21 L.H. Krull, G.E. Inglett, Analysis of neutral carbohydrates in agricultural residues by gaiquid chromatography, J. Agric. Food Chem. 28 (1980) 917-919.22 F. Latif, M.I. Rajoka, Prod

48、uction of ethanol and xylitol from corncobs by yeasts,Bioresour. Tech nol. 77 (2001) 5763.23 Lehoux, R.R., Bradt, C, B., inventors; October 10 2013, Twin screw extruder press for solid/fluid separation. United States patent US 0264264.24 Lehoux, R.R., Bradt, C, B., inventors; May. 17 2012, Solid/flu

49、id separation device and method for treating biomass including solid/fluid separation. United States patent US 0118517.25 L. Luque, R. Westerhof, G. Van Rossum, S. Oudenhoven, S. Kersten, F. Berruti,L. Rehmann, Pyrolysis based bio-refinery for the production of bioethanol from demineralized ligno-ce

50、llulosic biomass, Bioresour. Technol. 161 (2014)20-8.26 L.R. Lynd, P.J. Weimer, W.H. Van Zyl, I.S. Pretorius, Microbial cellulose utilization: fundamentals and biotechnology, Microbiol. Mol. Biol. Rev. 66(2002) 506 -J77.27 R.N. Maeda, V.I. Serpa, V.A.L. Rocha, R.A.A. Mesquita, L.M.M.S. Anna, A.M. de

51、 Castro, C.E. Driemeier, N. Pereira Jr, I. Polikarpov, Enzymatic hydrolysis of pretreated sugar cane bagasse using Penicillium funiculosum and Trichoderma harzia num cellulases, Process Biochem. 46 (2011) 119-201.28 J.D. McMillan, Pretreatment of lignocellulosic biomass, in: M.E. Himmel, J.O.Baker,

52、R.P. Overend (Eds.), Enzymatic Conversion of Biomass for Fuels Productio n, ACS, Washi ngton DC, 1994, pp. 2924324.29 N. Mosier, C. Wyman, B. Dale, R. Elander, Y.Y. Lee, M. Holtzapple, M. Ladisch,Features of promising technologies for pretreatment of lignocellulosic biomass, Bioresour. Tech nol. 96

53、(2005) 673686.30 H. Palonen, A.B. Thomsen, M. Tenkanen, A.S. Schmidt, L. Viikari, Evaluation of wet oxidation pretreatment for enzymatic hydrolysis of softwood, Appl.Biochem. Biotech nol. 117 (2004) 1 -17.31 H. Palonen, F. Tjerneld, G. Zacchi, M. Tenkanen, Adsorption of Trichoderma reesei CBH I and

54、EG II and their catalytic domains on steam pretreatedsoftwood and isolatd lig nin, J. Biotech nol. 107 (2004) 652.32 G. Roth, C. Gustafson, Corncobs for biofuel production Unpublished results /pages/26619/corn-cobs-for-biofuel-production#-cite_n ote-1 (retrieved 30.1.14.) 2014.33