纤维素酶水解废纸毕业论文

1、. . . . LANZHOU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY毕业设计(论文)题 目 七种常见废纸的生物质含量测定与其酶解研究 学生 纪应帅 学 号 10560111 专业班级 生物工程1班 指导教师 明俊 庄岩 学 院 生命科学与工程学院 答辩日期 第 页12 / 17七种常见废纸的生物质含量测定与其酶解研究专业：生物工程 学号：10560111 ：纪应帅 指导教师：明俊 庄岩 职称：副教授 助教 摘要通过对七种常见废纸的生物质含量与其特性的研究，确定哪些因素对废纸的酶水解率有较大影响。实验结果表明：各类废纸中中纤维素含量都很高，除稿纸外都达到50%以上，非常适合作为乙醇发

2、酵的潜在原料，半纤维素含量较低，在2.5%以下，各类废纸结晶度基本一样，波动围在9698%之间，所以半纤维素含量与结晶度对各类废纸的酶水解差异影响不大；各类废纸中木质素含量相差很大，变化围在1135%之间，各类废纸的聚合度差异也较大，波动围在2.3-45.9，因此木质素含量和聚合度对各类废纸的酶水解差异有较大影响。关键词：废纸；生物质含量测定；酶水解AbstractThrough the study on biomass content of seven kinds of common waste paper , and their characteristics, determine the

3、 factors of enzyme hydrolysis of waste paper.The experimental results show:The fiber content of waste paper is higher,more than 50%,its very suitable for potential feedstock of ethanol fermentation;Thehemicellulose content is low,under 2.5%,and All kinds of waste paper have the same degree of crysta

4、llinity,range between 96-98%,so the hemicellulose content and crystallinity are not the main factor of the enzyme hydrolysis of all kinds of waste paper.The difference in lignin content of all kinds of waste paper is big,range between 11-35%;Degree of polymerization between 2.3 and 45.9,fluctuation

5、is very big,So the lignin content and polymerization degree have effects on enzymatic hydrolysis of waste paper.Key words:Waste paper;Biomass content; Enzymatic hydrolysis目录一、综述1（一）城市生活垃圾的再利用1 （二）废纸产生的资源浪费和利用价值1 （三）废纸用于发酵乙醇的研究背景1二、材料与方法3 （一）仪器、药品31.电子仪器3 2.玻璃仪器43.药品4（二）实验方案41.纤维素含量的测定42.半纤维素含量的测定5 3

6、.木质素含量的测定54.碘吸附值和结晶度的测定55.纤维素聚合度的测定6（三）酶解研究61.滤纸酶活的测定62.未处理材料的酶解63.经预处理材料的酶解6三、结果与分析6 （一）纤维素含量的测定结果6（二）半纤维素含量的测定结果7 （三）木质素含量的测定结果8 （四）碘吸附值和结晶度8 （五）纤维素聚合度的测定结果9（六）酶解数据的分析94、 结果讨论10 （一）纤维素含量10 （二）半纤维素含量与木质素含量10 （三）结晶度与聚合度10 （四）酶解实验11 五、 结论11参考文献12致13一、综述（一）城市生活垃圾的再利用城市生活垃圾处理是目前困扰所有城市发展的一大世界性难题。从古代玛雅人建

7、筑的露天垃圾场，利用垃圾积压堆积发生自燃而消解垃圾，到今天科技含量更高的各种垃圾处理技术，人类在不断寻求更理想、更环保的垃圾处理方法。目前世界上，垃圾处理方法无外乎是卫生填埋、焚烧、堆肥等几种。然而，无论是填埋、焚烧或是堆肥，还是以此衍生出的其他方法，都存在缺陷和不足。填埋是一种非常简单的技术，且大多数填埋场没有层以上严密的防渗漏措施，垃圾渗出液会污染地下水与土壤，时间久了还会发生沼气爆炸等事故；焚烧技术会产生比垃圾灾难更可怕的二恶英，这种毒气会导致人和动物患癌症；堆肥技术缺点更加突出，无害化程度也很低1。根据世界银行发表的中国环境报告测算，每年中国环境污染造成的损失高达亿美元,占全国GDP的

8、8%,几乎抵消了我国的年经济增长。城市生活垃圾中一般含有大量的纤维素，随着人们生活水平的日益提高，它在垃圾中的比例也在不断增大2。而且纤维素具有紧密的结晶结构，使其具有很强的不可降解性，积累过多会导致环境负担，所以就需要一种切实有效的方法去消除或利用它。目前我国城市垃圾年产量达到亿吨以上，且有继续增长的态势。我国年产亿的城市垃圾中，被丢弃的“可再生资源”价值高达亿元之多，但是这些资源没有被很好的回收利用。据、等城市垃圾分类发现，在这些垃圾中55%73%是食物。而大多数城市生活垃圾其实可以作为一种潜在资源，只要合理的加以回收和利用，就可以变废为宝，这样既可以带来丰富的资源，减轻我国的能源危机，又

9、可以减少污染，改善了环境卫生。所以城市生活垃圾的再生利用在目前的环境保护和资源危机形态中显得尤为重要，迫切需要一种科学合理的方法处理城市生活垃圾，为城市垃圾的再生利用和开发新能源寻找出一条新的途径。实践证明，纤维废弃物再生资源化有着良好的经济效益和社会效益，大大减轻对环境的污染，对大气污染减少60%70%；生物耗氧量减少40%；污水中悬浮物减少25%；固体垃圾减少70%；节约用水50%，相应地污水排放量亦减少；节约能源60%70%等3。（二）废纸产生的资源浪费和利用价值中国的森林覆盖率为14%，而我国国民生活中所用的大多数纸仍然来源于国森林砍伐所制得的原生木浆。我国目前的废纸回收率仅为20-3

10、0%，每年流失废纸约600万吨，相当于浪费森林资源100万亩。回收废纸不仅有利于节约资源，保护环境，而且有利于城市经济的良性循环。 废纸的用途很多，回收利用的价值很高。利用废纸最广泛的途径是制造再生纸，废纸不仅可以用来制作再生包装纸，还可以用来制造再生新闻纸；日本王子造纸公司成功研究出将废纸溶于苯酚，进而用于生产酚醛树脂的新技术；在新加坡等地，人们利用废旧报纸书刊制作地毯，坐垫，门帘，茶几甚至躺床等家庭用具，不仅美观，而且十分实用；前捷克斯洛伐克的科技人员，在温度为80的条件下，采用五层废纸和合成树脂用于压制胶合硬纸板，有着很高的抗压强度；印度中央建筑研究院的科技人员，利用废纸、棉纱头、椰子纤

11、维和沥青等为原料，模压出新型建筑材料沥青瓦楞板，这种材料不仅隔热性能好，不透水，轻便，成本低，而且不易燃烧，耐腐蚀；瑞典伦道大学的专家将废纸打成浆，再添加厌氧微生物后移入反应炉用于生产甲烷；美国阿拉巴马州的部分牧场，由于土壤板结，该州专家詹姆斯·爱德沃兹根据废纸在土壤中不会很快变质的特性，采用废纸碎屑和鸡粪改善牧场土质；英国科技人员用废纸培育平菇，获得了很大的经济效益；用于废纸屑比较卫生，与锯末和稻草相比有害物质较少，水汽含量也很低，所以近年来美国和西欧国家已经用废纸代替了干草，锯末作为牲畜栏的铺垫物；部分废纸还可以用来加工制作成牛羊饲料。多数纸类制品含有大量的纤维素，价格低廉, 在

12、造纸的过程中已经脱去了大部分的木质素和半纤维素, 具有较好的可水解性, 是用来发酵的优良原料。但是并不是所有的纸类都适合用于发酵，这和废纸中生物质的特性有关。因此对纸类的适当选择能够提高发酵的工作效率。（三）废纸用于发酵乙醇的研究背景由于化石能源的枯竭和加重的环境问题，有必要寻找替代能源。其中一个办法是酒精燃料，目前获得的途径主要来自玉米和甘蔗发酵。目前为止，燃料乙醇发酵生产的主要成本花费来自于培养基，作为人和动物的消费品玉米和糖的价格也越来越高。有一种相对廉价易得的替代目前培养基生产乙醇的材料就是是纤维素生物质，原料如废新闻纸，办公用纸以与城市固体废物4。城市生活垃圾中一般包括大量的废弃纸制

13、品，随着人们生活水平的日益提高，它在垃圾中的比例也在不断增大。目前国外关于燃料乙醇的研究大多集中在农业、林业等富含木质纤维素的废物, 而用废纸作原料制取乙醇的研究很少。从20世纪90年代至今，有越来越多的国外学者对废弃纸类中所含的生物质进行研究，尤其进入21世纪以来，相关文献数量明显增多，检测生物质含量与特性的方法也向着多样化发展，为发酵研究奠定了很好的基础。2004年，科技大学和轻工业学院对纤维素酶水解纤维素类废弃物进行了研究并发表了相关文章，提出了对纸类废弃物的利用。2007年，由栗薇，吴正舜等国学者对纤维素类废弃物的水解做出了进一步的研究5。如今，纤维素类废弃物的酶解研究已经扩散到了林农

14、业，粮食与饲料工业，合成纤维工业以与各类产品加工业，前景良好。纤维素的酶水解反应条件温和、易于控制、产物质量高, 因而备受人们关注。利用纤维素酶的催化反应代替高温、高压的化学反应可节约能源、降低生产成本, 提高原料的利用率, 在净化环境和开辟新能源等方面具有重要的意义6-13。废弃纤维素发酵生产乙醇的技术主要包括预处理、水解、发酵三大步骤。而废弃纤维素转化为燃料乙醇的关键是寻找有效的途径将纤维素和半纤维素水解为葡萄糖和木糖等可溶性发酵糖。目前，废弃类纤维素水解的方法主要有化学酸水解和生物酶水解两种途径。稀酸水解是溶液中的氢离子和纤维素上的氧原子相结合,使其变得不稳定,容易和水反应,纤维素长链既

15、在该处断裂,同时又放出氢离子,从而实现纤维素长链的连续解聚，直到分解成为最小的单元葡萄糖14。浓硫酸水解工业化时间较早，工艺较成熟，糖的水解得率高，但浓硫酸水解时由于耗酸浓度大，需要回收加以重新利用。目前，硫酸回收或处理的方法主要有：链烷醇萃取、阴离子交换膜透析、石灰石中和、离子排斥色谱法、模拟移动床连续分离酸液和糖液等。浓硫酸的回收利用不但可以避免对环境带来的污染， 而且可以有效地降低生产成本。此外，还有部分学者对使用浓氢氟酸，乙酸，稀硝酸和稀磷酸水解的方法进行了研究。酸水解中，稀酸水解所需时间短，酸用量少，一般不需对酸回收，但温度较高，高温下纤维素的水解往往伴有木糖、葡萄糖的降解，某些降解

16、产物对糖液的发酵有害；浓酸水解可在常温、常压下进行，糖产率高，副产物少，然而，由于浓酸的腐蚀性强，采用浓酸水解必然对设备材质要求很高，另一方面，从经济性考虑浓酸必须进行回收，浓酸的分离和再浓缩增加了工艺的复杂程度。纤维素酶是降解纤维素生产葡萄糖的一组酶的总称，它不是单成分酶，而是由多个起协同作用的酶所组成的多酶体系。包括葡聚糖切酶、葡聚糖外切酶和-葡萄糖苷酶。在纤维素水解过程中，首先由切型-葡聚糖酶在纤维素的无定形区进行切割，产生新末端，生成较小的葡聚糖，然后再由外切型-葡聚糖酶作用于末端基释放出纤维二糖和其他更小分子的低聚糖，最后由-葡萄糖苷酶将纤维二糖分解为葡萄糖。 酶水解反应条件温和，设

17、备简单，能耗低，污染小，因此纤维素酶解条件的研究得到广泛的重视。从现有的研究水平看，酶水解是生化反应，与酸水解相比，它可在常压下进行，可减少能量的消耗，并且由于酶具有较高的选择性，可形成单一产物，产率较高。由于酶水解时基本上不必外加化学药品，且副产物少，所以提纯过程相对简单，也避免了污染。但是纤维素酶的成本高，生产过程中，酶用量大， 导致纤维素酒精的价格无法与粮食酒精相竞争15-18。 酒精作为一种替代燃料应用于工业生产出现在近代特定的历史时期。上世纪70年代接连发生了两次石油危机，利用生物能源(包括利用植物纤维生产液体燃料酒精)的各种尝试和研究在世界上形成了一个热潮心。美国、加拿大、法国、澳

18、大利亚等国家的政府和私人都花了很大的投资来进行这方面的研究。1979年，美国国会为减少对进口原油的依赖，利用转基因的玉米原料，制定了联邦政府的“酒精发展计划”，开始倡导燃料酒精生产。1993年加州开始实施“灵活燃油车辆计划”，制定了用于轻型车的E85(85酒精+15汽油)的燃油规格。1999年7月，由于汽油增氧剂MTBE(甲基叔丁其醚)不能降解，污染环境与水资源，美国环保局与国会合作，将建立推行一个2000-2011年期间新的国家清洁替代燃料计划，并在4年全面禁止使用，这对燃料酒精的发展起迸一步推进作用。巴西有着丰富的甘蔗资源，是世界上最大的产糖和蔗糖出口国，酒精的生产成本最低。1976年为了

19、减少对石油的依赖，巴西制定了“生物能源计划”用甘蔗汁直接生产酒精作汽车燃料。巴西的“酒精汽油计划”对80年代中期世界燃料酒精的发展起了巨大的推动作用。现阶段巴西的酒精年产量达1200万吨，实际产量随糖价和石油价格在1000万吨上下浮动，几乎全部用来代替汽油，作为汽车的燃料。加拿大盛产木材，造纸工业发达，但由于木材碎片加工较难，能量消耗较大，酒精生产成本较大，所以利用本国资源，对玉米、小麦进行综合加工，得到燃料酒精。澳大利亚盛产小麦，对其进行综合利用和加工的办法，制得酒精。中国也十分重视酒精燃料的研究与开发，利用玉米、化粮和甘蔗生产酒精燃料等。国际上四大发酵酒精生产国是巴西、美国、中国、俄罗斯，

20、世界上几大出口国是美国、巴西、欧盟、南非、沙特阿拉伯和加勒比海诸国。目前，全球生产酒精的原料中，谷物与淀粉类占33%，蔗糖与甜菜占60%，合成酒精占70%。但是，粮食是人类赖以生存的重要战略资源，面对世界和我国人口的急剧膨胀和总体上的粮食短缺，用粮食生产乙醇的发展规模将受到限制。近年来，直接生物转化植物纤维素特别是秸杆纤维素生成乙醇的工艺因其原料来源广，不与人争粮，不与人争地而引起了人们的浓厚兴趣，被认为具有良好的发展前景，并引起了各国政府的关注。美国以纤维素制乙醇的技术开发较早。美国能源部1999年提出计划，到2015年把燃料乙醇的成本降低36%，并拟定了开发方向：研发转基因技术，使产纤维素

21、酶酵母的活性比现有水平提高10倍以上；完善同步糖化发酵法（SSF）和并行糖化共发酵法（SSCF，即糖化和五碳糖、六碳糖共发酵）的技术；选育纤维素直接发酵菌菌种，用以开发直接发酵法（DMC）。1999年，美国可再生能源研究所和有关开发企业的关键的发酵技术已达到相当高的水平，但尚存在一些问题。当时，用玉米秸杆降解的糖化液中糖的浓度可达12%20%。发酵液中乙醇的浓度可达6%10%，其中用酵母对糖蜜发酵，间歇式工艺所产的乙醇的浓度为12%13%，而连续式工艺仅8%11%。美国政府曾规划在20012003年期间利用稻壳、甘蔗渣、生活有机垃圾、林业废物等以纤维素为主的生物质为原料，建设6个年产50000

22、76000KL的燃料乙醇工厂。但以纤维素制乙醇的工业规模技术一直未达到成熟，而以玉米生产燃料乙醇的技术已充分成熟、原料充裕，增产较容易，故美国有关纤维素发酵生产燃料乙醇的工艺研发有所停顿。日本政府积极促进秸杆纤维素制乙醇技术的发展，通过新能源产业技术综合开发机构（NEDC）委托，以日本酒精协会为主的各有关企业进行为期5年的开发，经费全部由政府补助，采取以企业为主，有关大学积极参与的方针，日本建立了较完善的与秸杆纤维素燃料乙醇相关的研发体系：日本酒精协会负责项目的综合调整和工艺系统的最优化研究；日挥公司负责前处理糖化和发酵技术开发，其中有关发酵技术和纤维素酶育种委托大阪府大学、长冈科技大学、京都

23、大学、神户大学工学院、熊本大学工学院和鸟取大学等大学进行专题研究；关西油漆公司进行凝集性酵母滴虫的技术开发；NRI公司开发乙醇膜脱水技术，由静冈大学评价脱水膜的特性；由德国产业技术综合研究所进行发酵液中乙醇的膜分离技术的开发。综上所述，由于燃料酒精的应用可以带来巨大的经济、社会和环境效应，所以世界各国对它已有了不同程度的研究和应用。随着现代生物技术与工程技术的不断发展，高产菌株的获取越来越简单，发酵工艺也得到不断改进，这些都为燃料酒精的大规模生产提供了技术保证。随着燃料酒精的研究领域和应用围不断扩展，燃料酒精在可再生燃料市场中将占主要地位19,20。纸中纤维素的含量很高，比稻壳，花生壳等材料的

24、含量更多，其数值达到50%以上，非常适合作为乙醇发酵的潜在原料。对于与废纸中纤维素用于发酵乙醇的相关文献20-23，其实验过程中酶解反应的影响因素还有待进一步探索，本实验对一些可能的影响因素进行了初步的研究。二、材料与方法（一）仪器、药品1.电子仪器表1主要仪器一览表仪器名称仪器型号生产厂家电炉SD-1202艾诗凯奇（中国）紫外可见分光光度计UV9200瑞利分析仪器公司数显鼓风干燥箱GZX-9240 MBE博迅实业医疗设备500克装高速中药粉碎机QE-10A 武义县屹立工具电子天平HX-501T慈溪市天东衡器厂电子分析天平AB104-N梅特勒-托利多仪器（）电热恒温鼓风干燥箱GZX-GF-10

25、1跃进医疗器械厂旋转式粘度计NDJ-4精密科学仪器康氏振荡器KS省金坛市医疗器械厂集热式恒温加热磁力搅拌器DF-101T长城科工贸2.玻璃仪器烧杯 50ml，500ml，250ml，1000ml离心管 50ml，10ml玻璃棒 玻璃比色皿 容量瓶 100ml，500ml，1000ml移液管 5ml，10ml，1ml酸式滴定管 褐色试剂瓶500ml 胶头滴管 量筒100ml试管 15ml 比色管25ml 三角瓶 150ml，250ml3.药品硝酸钙，盐酸，酚酞，氢氧化钠DNS试剂（1g 3,5二硝基水酸 + 20ml 2mol/L 氢氧化钠溶液 + 50ml水 + 30g酒石酸钾钠 定容至100

26、ml）葡萄糖，碘液，硫酸钠，硫代硫酸钠，淀粉，冰醋酸，浓硝酸，浓硫酸，重铬酸钾，碘化钾，无水乙醇，乙醚，氯化钡（二）实验方案1.纤维素含量的测定（1）准确称取七种废纸粉末各0.10g分别置于七只试管中并贴好标签标记。（2）使用移液管加入5ml醋酸和硝酸的混合液，摇匀后置于沸水浴中加热并不断用玻璃棒搅拌。（3）取出试管在室温下冷却后放入50ml离心管，5000rpm离心10min；弃去上清液，将沉淀用蒸馏水冲洗3次。（4）向沉淀中分别加入10mL质量分数10%的硫酸和0.1 mol/L的重铬酸钾溶液10mL，摇匀。（5）浸入沸水浴中10min，取出后倒入三角瓶中，用适量蒸馏水冲洗试管，一并倒入三

27、角瓶中。（6）待溶液在室温下冷却后加5mL质量分数20% KI溶液和1mL质量分数0.5%的淀粉溶液。（7）用0.2 mol/L硫代硫酸钠滴定(碘量法)，将单独加入了10mL质量分数10%的硫酸和0.1 mol/L的重铬酸钾溶液10mL作为空白样。纤维素含量按下式计算：式中：“24”为1mol C6H10O5相当于硫代硫酸钠的当量数；K为硫代硫酸钠浓度，mol /L； a为空白滴定所耗硫代硫酸钠体积，m L；b为溶液所耗硫代硫酸钠体积，m L；n为废纸粉末质量，g。2.半纤维素含量的测定（1）准确称取0.1g的废纸粉末分别置于七个烧杯中并贴好标签标记。（2）分别加入10mL质量分数80%的硝酸

28、钙溶液，置于电炉上加热，小火煮沸5 min。（3）室温冷却后离心10000rpm，15min；将沉淀用热水冲洗3次。（4）然后分别向沉淀中加10mL浓度为2mol/L的盐酸，混匀后置沸水浴中。（5）在不时搅拌下沸腾45 min；冷却后离心10000rpm,10min，将上清液移入100mL容量瓶中。（6）将沉淀冲洗，洗涤液并入容量瓶中。（7）向容量瓶中加1滴酚酞，用NaOH中和至显玫瑰色，稀释至刻度。（8）随后将其过滤至烧杯中，弃去最初滤出的几滴滤液。用DNS法测定溶液中的还原糖。（9）分别取2mL滤液加入不同比色管中并加入DNS试剂，做好标记，于沸水浴中加热5min，冷却，加水稀释至25mL

29、，并540nm波长下测定吸光度，并对照葡萄糖标准曲线进行分析。3.木质素含量的测定（1）分别称取0.10g的粉末放入已标记好的对应10ml离心管中，加入质量分数1%的醋酸10mL，摇匀后离心10000rpm,15min。（2）将沉淀再用质量分数为1%的醋酸5mL洗一次，然后加5mL乙醇和乙醚混合液(体积比11)。（3）浸泡3 min后弃去上清液，浸洗；将离心管中的沉淀在沸水浴中蒸干。（4）然后向沉淀中加入质量分数72 %的硫酸3mL，用玻棒搅匀后室温下静置16 h，使全部纤维素溶解。（5）然后向试管中加入10mL蒸馏水，用玻棒搅匀，置沸水浴中5 min，冷却后加5mL蒸馏水和0.5mL质量分数

30、10%的氯化钡溶液，摇匀后离心。（6）沉淀用蒸馏水冲洗2次，再向冲洗过的木质素沉淀中加10mL质量分数10%的硫酸和0.1mo l/L重铬酸钾溶液，将试管放入沸水浴中15min，并不时搅拌。（7）冷却后将试管中所有物质转入烧杯中作滴定用，并用1520mL蒸馏水洗涤残余部分。（8）然后向烧杯中加入5mL质量分数20% KI溶液和1mL质量分数0.5%淀粉液，用0.2mol/L硫代硫酸钠滴定。（9）另外单独滴定加入了10mL质量分数10 %的硫酸和0.1 mol/L的重铬酸钾溶液10mL作为空白样。木质素含量按下式计算：式中：“48”为 1 mo l C11H12O4相当于硫代硫酸钠的当量数；K为

31、硫代硫酸钠浓度，mol/L；a为空白滴定所耗硫代硫酸钠体积，m L；b为滴定溶液所耗硫代硫酸钠体积，m L;n为干粉质量，g。4.碘吸附值和结晶度的测定（1）取粉末约0.3 g (精确到0.1 mg )。（2）分别放入已标记好的对应磨口密封褐色玻璃瓶中，准确加入50mL碘液(0.1 mol/L)，再准确加入50mL饱和硫酸钠溶液,混合均匀后置于震荡器上摇动。（3）放置30min后取出过滤，准确取出滤液10mL。（4）用标准硫代硫酸钠溶液（0.01molL)）滴定，以1淀粉溶液作指示剂。（5）以同样操作进行空白实验。按下式计算碘吸附值和结晶度：式中：V空白为空白试验消耗的Na2S203溶液，m

32、L；V消耗为试样消耗的Na2S203溶液，mL；C为Na2S203的溶液浓度，mo/L；m为试样的干质量，g。5.纤维素聚合度的测定根据所测粘度计算即可得出。粘度计操作方法： （1）首先将保护架右旋上仪器下端。 （2）准备被测液体，选择直径大于等于70mm 的烧杯。 （3）按测量要求的精度，准确控制被测液体的温度 （4）估计被测液体黏度值的大致围参考量程表选好转子号，并将转子左旋入连接螺杆.然后 旋转升降钮，使仪器慢慢地下降，逐渐浸入测量液体中，直至转子液面标志和液面平为止。按下指针锁定杆，开启电源开关，放开指针锁定杆，使转子在液体中旋转，一般2030秒的运转，待指针趋于稳定。按下指针锁定杆，

33、使读数固定下来，再关闭电机，使指针停在读数窗围，直接读出数据。（三）酶解研究1.滤纸酶活的测定取5ml适当稀释酶液，用一次性注射器加入配制好的pH4.8 0.1mol/L乙酸-乙酸钠缓冲液1ml。取滤纸片裁剪成1cm×6cm（50±0.5mg）滤纸条，称量达到标准后加入溶液中。在50水浴锅中水浴1h，每隔1到2分钟震荡数次。水浴后加入3ml DNS显色液，沸水浴10min。取出溶液放入离心管，2000rpm离心10min，取出，吸取上清液测定吸光度。滤纸酶活的计算根据下式代入数据即可：滤纸酶活性 FPUI/ml=C葡萄糖为葡萄糖浓度，通过上一步得到的葡萄糖标准曲线公式代入吸

34、光度数值计算获得。 2.未处理材料的酶解准确称取七种材料各4.0g，分装于250ml三角瓶中，使用一次性注射器加入120ml缓冲液，并分别加入10mg酶粉，用两层保鲜膜封口后用棉线扎紧。在50水浴震荡培养箱中反应50h。反应期间每10h取各三角瓶中的上清液1ml，放入比色管，加入3ml新配的DNS试剂，沸水浴4-5min后冷却定容，使用紫外可见分光光度计在450nm波长下进行比色，记录吸光度。实验重复三次。 3.经预处理材料的酶解准确称取七种材料各4.0g，分装于250ml三角瓶中，加入10倍体积的2.0%，pH值11.5 H2O2溶液，室温下浸泡12-14小时。过后用清水洗至洗出液呈中性，使

35、用一次性注射器加入120ml缓冲液，并分别加入10mg酶粉，用两层保鲜膜封口后用棉线扎紧。在50水浴震荡培养箱中反应50h。反应期间每10h取各三角瓶中的上清液1ml，放入比色管，加入3ml新配的DNS试剂，沸水浴4-5min后冷却定容，使用紫外可见分光光度计在450nm波长下进行比色，记录吸光度。实验重复三次。三、结果与分析（一）纤维素含量的测定结果将各组实验所得数据在柱形图中进行比较（图1）。图1.不同纸类纤维素含量的比较 图1显示：除稿纸的纤维素含量为48%外，其他纸类纤维素含量都达到50%以上。其中无碳复写纸的纤维素含量高达70%，卫生纸和纸箱中纤维素含量约在60%左右，而海报、报纸和

36、A4纸中纤维素含量在50%左右。（二）半纤维素含量的测定结果 半纤维素含量的数据使用DNS比色法测得，首先做出葡萄糖标准曲线。如图2所示。图2.葡萄糖标准曲线 将实验所测得的吸光度代入标准曲线公式，所得到的葡萄糖含量数值乘以系数0.9即可得到半纤维素含量数值。绘制柱形图，如图3所示。图3.不同纸类半纤维素含量的比较 图3表明，类废纸的半纤维素含量都很低，都在2.5%以下。其中卫生纸的半纤维素含量最高，为2.48%；而海报纸的半纤维素含量最低，为0.75%；其他各类废纸的半纤维素含量约在1%2%之间。（三）木质素含量的测定结果 将各组实验数据代入公式，计算得出木质素含量并进行比较，如图4所示。图

37、4.不同纸类木质素含量的比较 图4表明，种废纸的木质素含量变化较大，变化围11%-35%之间。其中报纸和纸箱的木质素含量最高，为35%；无碳复写纸和A4纸的木质素含量在20%-30%之间；海报纸、稿纸和卫生纸的木质素含量在20%以下。（四）碘吸附值和结晶度 根据实验测出的碘吸附值计算结晶度，所得结果的比较如图5所示。图5.不同纸类所含纤维素结晶度的比较 比较结果如图5所示，七种纸类所含纤维素的结晶度非常相近，差别并不大。其中结晶度最大的纸为卫生纸，结晶度平均值达到98.05%，最小的纸类为纸箱，平均值为96.50%。（五）纤维素聚合度的测定结果 使用旋转粘度计测得材料干粉溶液的粘度，通过公式计

38、算得到各种纸类的纤维素聚合度。数值比较如图6所示。图6.不同纸类纤维素聚合度的比较从图6中表明：不同类型的纸，其纤维素聚合度数值相差很大，波动围2.345.85；海报纸、报纸、稿纸和A4纸的纤维素聚合度均小于10，卫生纸（草浆）和纸箱的纤维素聚合度在1020之间，而无碳复写纸的聚合度最高，达到45.85。（六）酶解数据的分析 未经过处理的废纸酶解过程的数据折线图如下（图7）:图7.七种材料酶解过程中各时间段的吸光度曲线（未处理） 如图7所示，各类废纸在10h后酶解产物的产量达到最高，此后糖含量逐渐下降。产量最高的三种纸类从高到低依次是A4纸、海报纸和稿纸。产量较低的其他四种纸类为纸箱、无碳复写

39、纸、报纸和卫生纸。 经过处理的原料酶解过程的数据折线图如下（图8）:图8.七种材料经过预处理后酶解过程中各时间段的吸光度曲线如图8所示，经过脱木质素处理后，酶解曲线同样在10h后达到最高点，即产物产量达到最大。10h后曲线有所下降，最终趋于平缓。酶解产物的产量由高到低的排列依次是A4纸、海报纸、稿纸、纸箱、无碳复写纸、卫生纸、报纸。四、结果讨论（一）纤维素含量对废纸酶水解率的影响纸类制品中所含的纤维素非常丰富，几乎所含物质的一半以上都是纤维素，被测的七种纸类的纤维素含量也几乎都在50%以上，而稻壳，秸秆等材料中所含有的纤维素只达到3040%，所以废纸非常适合做为燃料乙醇发酵的原料。（二）半纤维

40、素含量与木质素含量对各类废纸酶水解率的影响半纤维素在酶解过程中起到物理屏障的作用，保护纤维素使其不与酶进行接触，降低了酶作用的可与表面积。根据半纤维素的测定结果可以发现，各类废纸的半纤维素含量很低，最高只达到2.48%，这表明半纤维素含量对废纸的水解率影响很低；而且不同纸类所含的半纤维素差别并不大，所以也不会对各类废纸的水解率差异造成太大影响。同时与酶解实验的结果相对照，可断定半纤维素含量并不是它的主要影响因素。在纤维素结构中，木质素起到了纤维素与半纤维素桥联的作用，同样限制了酶作用的可与表面积，所以木质素含量越高，酶解效率越低。同时根据木质素含量的测定结果可以看出，不同纸类的木质素含量都很高

41、而且差别很大，这导致了废纸的水解率和水解率差异受到了较大的影响。所以木质素含量是影响纤维素水解的一个主要因素。（三）结晶度与聚合度对各类废纸酶水解率的影响纤维素的结晶度越大，酶作用的可与表面积越小，酶解过程越不容易进行。在实验4中发现，纸类制品的纤维素结晶度相差不大而且数值很高。所以有必要使用一些预处理方法降低其纤维素聚合度，使原料纸更容易水解。但各类废纸间结晶度较小的差异导致了它们更小的水解率差异，所以这并不是影响纤维素酶解的主要因素。而通过各类废纸聚合度的测定发现，不同纸类的纤维素聚合度数值相差很大。这与各类废纸结晶度的情况正好相反，即造成了水解率差异的增大。同时由其他文献所知，纤维素聚合

42、度越大酶作用的可与表面积越小，纤维素越不易被水解，反之同理。所以纤维素的聚合度是影响纤维素水解的又一个主要因素，而结晶度的大小对不同纸类酶解数据的差异影响不大。（四）酶水解实验通过以上结论，根据木质素含量与纤维素聚合度的测定结果推测，最易水解的纸类依次是海报纸，A4纸和稿纸。但从未经过预处理的酶解实验和经过预处理的酶解实验可以看出，水解效率最高的是A4纸，其次是海报纸，与推测不符。同时卫生纸效率几乎为最低，从之前实验的数据推测来看也不合理。这说明除了木质素含量和纤维素的聚合度两大因素以外还有其他的重要影响因素在影响纤维素的水解，这可能和这两种纸所含的其他成分以与造纸工艺流程有关。由于纸中所含有

43、的木质素对纤维素酶产生的毒性，使酶活力下降，产物产量无法继续提高。溶液吸光度在10h后开始下降的原因可能是由于溶液中所含微生物对其中的还原糖产生降解作用，分解了大量的还原糖后导致溶液的吸光度下降。这是由于木质素的脱除，不再对纤维素酶的活性产生影响，使其保持了活性。由于木质素脱除的并不完全，所以部分曲线仍然有下降趋势，但与未处理材料的实验结果对比差别仍然很明显。未经过预处理的酶解实验和经过预处理的酶解实验通过对比可知，使用 H2O2溶液处理后降低了木质素的含量，但各类纸水解产物的产量基本没有提高，产量达到最大的时间仍然是10h以后。但经过处理的材料在10h以后产物量趋于平缓，说明木质素的减少降低

44、了对纤维素酶的毒性，并且减少了产物的降解。五、结论综上所述，各类废纸所含纤维素很高，适合用于酶水解后发酵乙醇。纤维素聚合度与木质素含量对各类废纸的酶水解差异有较大影响，而纤维素结晶度和半纤维素含量对各类废纸的酶水解差异影响不大。40小时的酶解实验表明，各类废纸在10小时后酶解产物的产量达到最高，此后糖含量逐渐下降。产量最高的三种纸类从高到低依次是A4纸，海报纸和稿纸。产量较低的其他四种纸类为纸箱、无碳复写纸、报纸和卫生纸。通过H2O2预处理脱除木质素后同样在10h后产物产量达到最大。10h后曲线有所下降，最终趋于平缓。酶解产物的产量最高的三种废纸为A4纸，海报纸和稿纸。与未经过预处理的酶解实验

45、相比，经过预处理后产物产量有所提高并能够稳定保存，纤维素酶也能够持续对纤维素产生作用，削弱了木质素对酶的毒性作用。参考文献1凌慧珊.国外垃圾处理技术现状扫描J.科技,2002;(7):1011.2坚.环境生物技术M.中国轻工业.1999:244245.3鲁杰,石淑兰,汝男,等.纤维素酶水解纤维素类废弃物的研究J.纤维素科学与技术,2004;12(4):712.4Insu Park,Ilsup Kim,Kyunghee Kang,etc.Cellulose ethanol production from waste newsprint by simultaneoussac charificati

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