一年生黑麦草和水稻秸秆碱性预处理研究
随着化石能源的日益减少，由农作植物废弃物生产纤维素乙醇因原材料广泛存在且不与人类竞争粮食，被认为是有前途的可持续能源之一，但是如何提高转化的工艺和降低成本一直是难题。本实验通过对黑麦草和水稻秸秆材料碱性预处理条件探究，发现黑麦草预处理NaOH溶液浓度为1%(m/v)，水稻秸秆为0.8%时，具有最高的糖转化率且黑麦草高于水稻秸秆。同时运用美国国家能源部可再生能源实验室发布的方法（NREL法）测定两种材料酸溶木质素、半纤维素和纤维素的含量，发现两者半纤维素含量相近，但黑麦草的酸溶纤维素含量显著高于水稻秸秆的含量。根据实验结果，黑麦草作为生物能源转化原材料的潜能高于水稻秸秆。
目录
摘要2
关键词2
Abstract2
Key words2
引言(或绪论)2
1材料与方法4
1.1实验材料和试剂 4
1.2方法 4
1.2.1酶活测定方法4
1.2.2黑麦草和水稻碱性预处理条件测定5
1.2.3生物质中结构性碳水化合物和木质素的测定5
2结果与分析7
2.1纤维素酶活性测定7
2.2黑麦草和水稻秸秆碱性预处理后酶水解纤维素还原糖的测定7
2.3水稻秸秆和黑麦草纤维素和半纤维含量差异8
3结论 10
致谢10
参考文献11
一年生黑麦草和水稻秸秆碱性预处理研究
引言
引言
生物乙醇各国发展现状
随着当今社会对能源安全性，环境可持续性和社会可持续性的日益关注，生物燃料作为一种清洁，低成本的能源从而受到广泛关注，各国针对生物能源的发展都采取了相应的政治措施，制定了相应的开发研究计划。
2017年9月，由中国国家能源局、发展改革委等十五部委发布《关于扩大生物燃料乙醇生产和推广使用车用乙醇汽油的实施方案》，方案要求到2020年，我国将在全国范围将推行使用乙醇汽油；2025年，力争纤维素乙醇实现规模化生产，生物液体燃料技术、设备和产业整体达到国际领先水平，形成更加完善的市场化运行机制。然而这并不是国家第一次启动生物能源相关计划，自200 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
1年起，中国就出台了乙醇能源计划，推行乙醇汽油的使用，扩大生物燃料乙醇生产，此举旨在解决变质的陈化粮问题，改善化石能源带来的大气和生态环境问题，经过多年发展也已取得良好成效。时至今日，全国已有多个实验区域推广乙醇汽油的使用，2016年中国生物乙醇产能产业的规模居世界第三。近年来中国也将生物质能源作为可再生能源的主体,。生物质能源在可再生能源中占比将达到30％, 将超过太阳能光伏发电(PV)和风力发电的能源总量[1]。
在美国农业部(USDA)出台的《农场法》中增加了农业补贴和生物能源生产者灵活使用原材料计划，建设“能源农场”。大力支持展生物能源发展，每年预计能生产600亿加仑的乙醇用作生物燃料[2]。 巴西这个贫油国家早在1975年出台并以强制法令的方式实施了“国家乙醇计划”，凭借本国丰富的甘蔗资源，不断增加政府投资，改善生物乙醇生产技术，逐步推进无水乙醇占汽油比率和推广乙醇汽油。直至今日，巴西的乙醇汽油是世界上乙醇比例最高的，巴西既做到了保护生态环境，也提高了劳动力的就业率。还有其它诸如日本的“阳光计划”等发展规划。欧洲的一些国家，如丹麦、德国等国，多年来也形成了独具特色的技术优势，开展了各种特色生物质能研究，均取得了各种进展。当下全球乙醇生物能源产业正处于从以甘蔗和粮食等农作物为原料为主，向以农林废弃物为原料升级转换时期[3]。
纤维素生物乙醇在生产生物乙醇中的优势
纤维素生物质转化的纤维素乙醇因原材料广泛存在且用其生产乙醇不与人类竞争粮食，被认为是一种更有前途的生物燃料。中国每年可利用的木质纤维素大概有7亿吨[2]，农林工业废弃物以及城市废弃物是这些富余而廉价的生产资源的主要来源，如园艺用草和可以缓解土地砷污染的黑麦草以及水稻秸秆等[4]。从原材料和产生的社会效益来考虑，农林废弃物因纤维素含量较高是生产生物乙醇良好的原材料，但由于综合利用技术的缺乏以及较高的成本，这一纤维素生物质资源不是被任意弃置就是焚烧，浪费资源的同时又污染环境。如今，科学家也从成本和生物乙醇转化工艺上进行研究以找出更好利用这些生物质资源的方法[5]。
黑麦草水稻秸秆作为生产生物能源发展潜力和当今存在问题
生物乙醇产量取决于木质纤维素的种类，因此，选择原料对提高乙醇产量非常重要。当今世界作生物乙醇材料较为典型木质纤维素材料有农业废弃物(水稻(Oryza sativa L.)秸秆，小麦(Triticum aestivum L.)秸秆，玉米(Triticum aestivum L.)秸秆)以及用于生产生物乙醇栽培的原料(苜蓿(Medicago)，竹子(Bambusoideae)，纳皮尔草(Pennisetum purpureum Schumach)[6]，荻草(Triarrhena sacchariflora (Maxim.) Nakai )和柳枝稷(Panicum virgatum)[7]。中国是水稻大国，因而水稻秸秆作为生产生物能源原材料具有很大优势，同时为了提高木质纤维素乙醇对其他能源的竞争力，用高能量作物开发更便宜的原材料是非常必要的。
水稻秸秆是最丰富的木质纤维素农业废弃物之一，这一生物质材料可以说遍布世界各地。粮食和农业组织组织统计宣称，每生产一公斤稻米大约产生11.5公斤的稻草，每年约有9亿吨稻草亟待处理[8]。水稻秸秆由于废弃材料多，在土壤里面降解缓慢，携带很多的水稻秸秆病以及矿物质和木质素含量高，其常见的处理选择是较为有限的，既不能简单掩埋处理也不能用做饲料，因此大部分是燃烧处理，但这种处理不仅会造成空气污染，还浪费生物质资源[9]。因此用水稻秸秆生产生物乙醇是一种符合绿色生态和经济效益的处理方式。
在国外，黑麦草是最重要的饲料作物之一，在日本南部地区，黑麦草因其高营养价值和可消化性也是主要的青贮作物之一[9]。由于黑麦草可在初秋的九个月内生长以及其便于贮存，因此在收获其他主要作物如玉米之后，可在农闲期种植。在中国，黑麦草除了饲料用草，也因其适应性更多的利用在园艺美化方面，近年来也有研究证明黑麦草在缓解砷污染土地上卓有成效[7]。因此，黑麦草是一种潜力很大的生物乙醇生产原料。
作为生物乙醇原材料主要成分的纤维素是由多个葡萄糖分子聚合而成的链，可以通过酶促转化为葡萄糖并发酵成生物乙醇[11]。但是，像许多其他木质纤维素材料一样，纤维素的晶体结构可以抵御酶促反应，随后引起水解产率的降低。因此，在酶促水解之前对材料进行预处理，加速转化天然存在的晶体相——纤维素I，进入对酶降解具有高反应性的纤维素IIII [12]，增强水解和随后发酵的产量。碱预处理是最有效的方法之一
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摘要2
关键词2
Abstract2
Key words2
引言(或绪论)2
1材料与方法4
1.1实验材料和试剂 4
1.2方法 4
1.2.1酶活测定方法4
1.2.2黑麦草和水稻碱性预处理条件测定5
1.2.3生物质中结构性碳水化合物和木质素的测定5
2结果与分析7
2.1纤维素酶活性测定7
2.2黑麦草和水稻秸秆碱性预处理后酶水解纤维素还原糖的测定7
2.3水稻秸秆和黑麦草纤维素和半纤维含量差异8
3结论 10
致谢10
参考文献11
一年生黑麦草和水稻秸秆碱性预处理研究
引言
引言
生物乙醇各国发展现状
随着当今社会对能源安全性，环境可持续性和社会可持续性的日益关注，生物燃料作为一种清洁，低成本的能源从而受到广泛关注，各国针对生物能源的发展都采取了相应的政治措施，制定了相应的开发研究计划。
2017年9月，由中国国家能源局、发展改革委等十五部委发布《关于扩大生物燃料乙醇生产和推广使用车用乙醇汽油的实施方案》，方案要求到2020年，我国将在全国范围将推行使用乙醇汽油；2025年，力争纤维素乙醇实现规模化生产，生物液体燃料技术、设备和产业整体达到国际领先水平，形成更加完善的市场化运行机制。然而这并不是国家第一次启动生物能源相关计划，自200 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
1年起，中国就出台了乙醇能源计划，推行乙醇汽油的使用，扩大生物燃料乙醇生产，此举旨在解决变质的陈化粮问题，改善化石能源带来的大气和生态环境问题，经过多年发展也已取得良好成效。时至今日，全国已有多个实验区域推广乙醇汽油的使用，2016年中国生物乙醇产能产业的规模居世界第三。近年来中国也将生物质能源作为可再生能源的主体,。生物质能源在可再生能源中占比将达到30％, 将超过太阳能光伏发电(PV)和风力发电的能源总量[1]。
在美国农业部(USDA)出台的《农场法》中增加了农业补贴和生物能源生产者灵活使用原材料计划，建设“能源农场”。大力支持展生物能源发展，每年预计能生产600亿加仑的乙醇用作生物燃料[2]。 巴西这个贫油国家早在1975年出台并以强制法令的方式实施了“国家乙醇计划”，凭借本国丰富的甘蔗资源，不断增加政府投资，改善生物乙醇生产技术，逐步推进无水乙醇占汽油比率和推广乙醇汽油。直至今日，巴西的乙醇汽油是世界上乙醇比例最高的，巴西既做到了保护生态环境，也提高了劳动力的就业率。还有其它诸如日本的“阳光计划”等发展规划。欧洲的一些国家，如丹麦、德国等国，多年来也形成了独具特色的技术优势，开展了各种特色生物质能研究，均取得了各种进展。当下全球乙醇生物能源产业正处于从以甘蔗和粮食等农作物为原料为主，向以农林废弃物为原料升级转换时期[3]。
纤维素生物乙醇在生产生物乙醇中的优势
纤维素生物质转化的纤维素乙醇因原材料广泛存在且用其生产乙醇不与人类竞争粮食，被认为是一种更有前途的生物燃料。中国每年可利用的木质纤维素大概有7亿吨[2]，农林工业废弃物以及城市废弃物是这些富余而廉价的生产资源的主要来源，如园艺用草和可以缓解土地砷污染的黑麦草以及水稻秸秆等[4]。从原材料和产生的社会效益来考虑，农林废弃物因纤维素含量较高是生产生物乙醇良好的原材料，但由于综合利用技术的缺乏以及较高的成本，这一纤维素生物质资源不是被任意弃置就是焚烧，浪费资源的同时又污染环境。如今，科学家也从成本和生物乙醇转化工艺上进行研究以找出更好利用这些生物质资源的方法[5]。
黑麦草水稻秸秆作为生产生物能源发展潜力和当今存在问题
生物乙醇产量取决于木质纤维素的种类，因此，选择原料对提高乙醇产量非常重要。当今世界作生物乙醇材料较为典型木质纤维素材料有农业废弃物(水稻(Oryza sativa L.)秸秆，小麦(Triticum aestivum L.)秸秆，玉米(Triticum aestivum L.)秸秆)以及用于生产生物乙醇栽培的原料(苜蓿(Medicago)，竹子(Bambusoideae)，纳皮尔草(Pennisetum purpureum Schumach)[6]，荻草(Triarrhena sacchariflora (Maxim.) Nakai )和柳枝稷(Panicum virgatum)[7]。中国是水稻大国，因而水稻秸秆作为生产生物能源原材料具有很大优势，同时为了提高木质纤维素乙醇对其他能源的竞争力，用高能量作物开发更便宜的原材料是非常必要的。
水稻秸秆是最丰富的木质纤维素农业废弃物之一，这一生物质材料可以说遍布世界各地。粮食和农业组织组织统计宣称，每生产一公斤稻米大约产生11.5公斤的稻草，每年约有9亿吨稻草亟待处理[8]。水稻秸秆由于废弃材料多，在土壤里面降解缓慢，携带很多的水稻秸秆病以及矿物质和木质素含量高，其常见的处理选择是较为有限的，既不能简单掩埋处理也不能用做饲料，因此大部分是燃烧处理，但这种处理不仅会造成空气污染，还浪费生物质资源[9]。因此用水稻秸秆生产生物乙醇是一种符合绿色生态和经济效益的处理方式。
在国外，黑麦草是最重要的饲料作物之一，在日本南部地区，黑麦草因其高营养价值和可消化性也是主要的青贮作物之一[9]。由于黑麦草可在初秋的九个月内生长以及其便于贮存，因此在收获其他主要作物如玉米之后，可在农闲期种植。在中国，黑麦草除了饲料用草，也因其适应性更多的利用在园艺美化方面，近年来也有研究证明黑麦草在缓解砷污染土地上卓有成效[7]。因此，黑麦草是一种潜力很大的生物乙醇生产原料。
作为生物乙醇原材料主要成分的纤维素是由多个葡萄糖分子聚合而成的链，可以通过酶促转化为葡萄糖并发酵成生物乙醇[11]。但是，像许多其他木质纤维素材料一样，纤维素的晶体结构可以抵御酶促反应，随后引起水解产率的降低。因此，在酶促水解之前对材料进行预处理，加速转化天然存在的晶体相——纤维素I，进入对酶降解具有高反应性的纤维素IIII [12]，增强水解和随后发酵的产量。碱预处理是最有效的方法之一
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