1、An evaluation of dilute acid and ammonia fiber explosion pretreatment for cellulosic ethanol production Bioresource Technology (2015)對硫酸和氨纖維爆破法預處理纖維素生成乙醇的效益評估對硫酸和氨纖維爆破法預處理纖維素生成乙醇的效益評估 Abstract降低纖維降低纖維素轉化為素轉化為乙醇產品乙醇產品的成本的成本預處理玉預處理玉米秸稈，米秸稈，克服其頑克服其頑抗性抗性底物：組成、底物：組成、結晶度、形結晶度、形態、結構變態、結構變化化酶：相對酶酶：相對酶活、酶吸附活

2、、酶吸附量量目的目的手段手段方法方法Dilute acid(DA),Ammonia fiber explosion(AFEX)評估評估標準標準Introduction酶解酶解木質纖維素木質纖維素生物燃料生物燃料預處理預處理發酵發酵纖維素纖維素葡萄糖葡萄糖聚合度高聚合度高結晶度高結晶度高頑抗性強頑抗性強親和性低親和性低酶解效率低酶解效率低預處理方法：預處理方法：DA，AFEXAFEX and DA pretreatment of corn stover1、 Compositional difference （組成差異）（組成差異）AFEX：增加表面親和能力；：增加表面親和能力； 破壞結晶結構域、

3、生物質纖維；破壞結晶結構域、生物質纖維；切斷木質素與纖維素連接鏈切斷木質素與纖維素連接鏈移除乙?；瞥阴；ㄟ^降低疏水作用力增強酶解能力通過降低疏水作用力增強酶解能力葡萄糖葡萄糖木聚糖木聚糖阿拉伯聚糖阿拉伯聚糖乙?；阴；岵蝗苣举|素酸不溶木質素雜質雜質乙醇提取物乙醇提取物多糖產物降解后再聚合，多糖產物降解后再聚合，木質素聚合形成偽木質素木質素聚合形成偽木質素（含（含C=O、脂肪族結構）、脂肪族結構）AFEX and DA pretreatment of corn stover目的評價手段2、crystallinity(結晶度結晶度)酶解速率：酶解速率：amorphous cellulose

4、 cellulose III cellulose II cellulose I結晶度：結晶度：DA：20% 38% 移除無定型半纖維素和部分木質素移除無定型半纖維素和部分木質素 AFEX：無明顯變化：無明顯變化 破壞纖維素結晶結構域，推測破壞纖維素結晶結構域，推測cellulose I轉轉 化為化為cellulose III植物細胞壁植物細胞壁纖維素鏈間和鏈中氫鍵纖維素鏈間和鏈中氫鍵AFEX and DA pretreatment of corn stover3、Surface roughness and morphological changes（表面粗糙（表面粗糙 度和形態變化）度和形態變

5、化）儀器儀器原理原理表征參數表征參數共焦熒光顯微鏡共焦熒光顯微鏡利用激光束經照明針孔形成利用激光束經照明針孔形成點點光源光源對標本內對標本內焦平面焦平面的每一點的每一點掃描，標本上的被照射點，在掃描，標本上的被照射點，在探測針孔處探測針孔處成像成像，由光電倍增，由光電倍增管或冷電耦器件逐點或逐線接管或冷電耦器件逐點或逐線接收后在顯示器上形成熒光圖像。收后在顯示器上形成熒光圖像。morphological changes（形態變化）形態變化）原子力顯微鏡（原子力顯微鏡（AFM）利用原子之間的利用原子之間的范德華力范德華力作用作用來呈現樣品的表面特性。來呈現樣品的表面特性。對樣品進行納米區域的物對

6、樣品進行納米區域的物理性質包括形貌進行探測理性質包括形貌進行探測小角中子散射（小角中子散射（SANS）利用低散射角處彈性中子散射利用低散射角處彈性中子散射研究不同物質內部介觀尺度研究不同物質內部介觀尺度（1至數百納米）結構。至數百納米）結構。Surface roughness（表面粗糙度）表面粗糙度）熱重分析（熱重分析（TGA）在在程序程序控制溫度下測量待測樣控制溫度下測量待測樣品的質量與溫度品的質量與溫度變化變化關系的一關系的一種熱分析技術，用來研究材料種熱分析技術，用來研究材料的熱穩定性和組份。的熱穩定性和組份。纖維素區域、半纖維素區纖維素區域、半纖維素區域變化表征域變化表征AFEX an

7、d DA pretreatment of corn stover3、Surface roughness and morphological changes（表面粗糙（表面粗糙 度和形態變化）度和形態變化）表征參數表征參數UntreatedAFEXDA形態改變形態改變_否否是是纖維素纖維寬度（纖維素纖維寬度（nm）_685-119209-34表面粗糙度表面粗糙度_增加增加增加增加半纖維素域（半纖維素域（245-290）失重峰失重峰有有有有無無纖維素域（纖維素域（290-350）失）失重峰重峰有有有有有有DA：纖維素纖維生成納米晶體（未斷裂的纖維片段）；半纖維素移除。：纖維素纖維生成納米晶體（未斷

8、裂的纖維片段）；半纖維素移除。AFEX：熱重分析半纖維素域降解溫度升高，纖維素域降低；：熱重分析半纖維素域降解溫度升高，纖維素域降低； 推測纖維素分解為小分子纖維素或推測纖維素分解為小分子纖維素或cellulose I轉化為轉化為cellulose IIIAFEX and DA pretreatment of corn stover4、Structural changes to lignin（木質素結構變化）（木質素結構變化）芳香醚、芳香醚、聯苯醚、聯苯醚、聯苯連接聯苯連接木質素單體結構木質素單體結構木質素木質素HSQC NMR spectra分析（核磁共振）分析（核磁共振）DA： 芳香醚減少

9、芳香醚減少60AFEX：芳香醚減少芳香醚減少20%木質素木質素半纖維素半纖維素芳香環芳香環酯鍵醚鍵酯鍵醚鍵AFEX and DA pretreatment of corn stover5、 enzymatic hydrolysis（酶解）（酶解）影響酶解效率的原因影響酶解效率的原因木質纖維素底物特性木質纖維素底物特性酶特性酶特性移除木質素、木聚糖，移除木質素、木聚糖，切斷木質素切斷木質素-纖維素連接鏈纖維素連接鏈酶吸附量、不同酶協同酶吸附量、不同酶協同產物抑制產物抑制低聚纖維素、低聚木質素低聚纖維素、低聚木質素AFEX and DA pretreatment of corn stover6、

10、Enzyme adsorption （吸附）（吸附）DA：53 mg/g lignin 131 mg/g cellulose AFEX： 38.7 mg/g lignin 270 mg/g cellulose木質素限制纖維素酶酶解效率：木質素限制纖維素酶酶解效率：酶非生產性吸附酶非生產性吸附 01 木質素限制纖維素可及性木質素限制纖維素可及性 02 阻礙酶在纖維素表面流動阻礙酶在纖維素表面流動 03積累酶量、積累酶量、改變相鄰纖維素鏈表面化學性質改變相鄰纖維素鏈表面化學性質推動木質素液滴推動木質素液滴消除木質素抑制水解過程消除木質素抑制水解過程策略：策略：AFEX and DA pretreatment of corn stover7、 Cellulosic ethanol production （乙醇產品）（乙醇產品） 生物乙醇產品的成本是石油燃料的生物乙醇產品的成本是石油燃料的2-3倍；倍； （原料清洗、營養供給、解毒等單元操作）（原料清洗、營養供給、解毒等單元操作）DADA AFEX AFEX預處理反應器預處理反應器$ $22.522.5$ $9.159.15產品價格產品價格( (每升汽