『壹』 常見的危險化學品有哪些
危險化學品包括:
1、爆炸性物品:爆炸性物品是含有一種或多種爆炸性物質或混合物的物品。包括爆炸性物質和混合物和爆炸性物品,但不包括下述裝置:其中所含爆炸性物質或混合物由於其數量或特性,在意外或偶然點燃或引爆後,不會由於迸射、發火、冒煙或巨響而在裝置之處產生任何效應。
2、易燃氣溶膠:氣溶膠是指氣溶膠噴霧罐,系任何不可重新灌裝的容器,該容器由金屬、玻璃或塑料製成,內裝強制壓縮、液化或溶解的氣體,包含或不包含液體、膏劑或粉末,配有釋放裝置,可使所裝物質噴射出來,形成在氣體中懸浮的固態或液態微粒或形成泡沫、膏劑或粉末或處於液態或氣態。
『貳』 秸稈灰分主要成分
秸稈灰分主要成分?一、秸稈的一般化學成分
農作物秸稈是由大量的有機物和少量的無機物及水所組成的,其有機物的主要成分是纖維素類的碳水化合物,此外還有少量的粗蛋白質和粗脂肪。碳水化合物又由纖維素類物質和可溶性糖類組成。纖維素類物質是植物細胞壁的主要成分,它包括纖維素、半纖維素和木質素等。在常規分析中,纖維素類物質用粗纖維表示;可溶性糖類用無氮浸出物表示,泛指不包括粗纖維的碳水化合物,一般不再進行化學分析測定,而是根據秸稈中其他養分的含量進行計算得出即:
無氮浸出物含量%=100%-(水%+粗蛋白%+粗脂肪%+粗纖維%+粗灰分%)
秸稈中的無機鹽用粗灰份來表示,由硅酸鹽和其他少量微量元素組成,含量大約為6%,但稻草中的硅酸鹽含量較高達到12%以上。農作物成熟以後,其秸稈中的維生素差不多全被破壞,因此秸稈中很少含有維生素。
二、秸稈中的纖維素類物質的組成
作物秸稈中由許多植物細胞組成,所有的秸稈細胞可以分為細胞內容物和細胞壁兩部分。秸稈用中性洗滌劑消化(煮沸一小時),細胞內容物溶於中性洗滌劑中,不溶的就是細胞壁。細胞壁是纖維素多聚物。經中性洗滌劑消化而得的纖維叫中性洗滌纖維。隨後將中性洗滌纖維用酸性洗滌劑消化,能溶於酸的叫酸性洗滌可溶物,不溶的物質叫酸性洗滌纖維。能溶於酸的物質大部分是半纖維素和細胞壁含氮物質。不溶於酸的酸性洗滌纖維,又分為純纖維素和酸性洗滌木質素,木質素經灼燒成灰分,灰分是由各種無機鹽組成的。
由此可知:中性洗滌纖維主要包括纖維素,半纖維素,木質素,二氧化硅,角質蛋白,蠟質和木質化含氮物等,一般說來,蠟質和木質化含氮物很微量,可以不計。
三、秸稈主要組成成分的化學特性與作用。
1、纖維素 纖維素是植物中最豐富的物質,又是細胞壁的主要結構成分,在作物秸稈中的含量達40—50%。纖維素分子是由許多葡萄糖分子經β-1,4糖苷鍵結合而成的吡喃葡萄糖單位組成。在自然界中主要以微纖維組成的結晶形狀存在。化學性能穩定,不溶於稀酸。在高溫、高壓和酸性條件下,可以水解成為葡萄糖。在家畜消化道中共生的微生物能分泌水解纖維素的酶,可將纖維素分解成為揮發性脂肪酸乙酸、丙酸和丁酸,被家畜吸收利用。
2、半纖維素 半纖維素是戊糖、己糖和多糖醛酸及其甲酯的縮合物,其主要成分是戊聚糖。一般不溶於熱水,而溶於稀酸。半纖維素在秸稈的木質素部分含量很高,植物木質部分的半纖維素主要是木聚糖和葡萄糖醛酸的縮合物,其比例是6--12︰1。
小麥秸稈中半纖維素主要是糖醛酸、阿拉伯糖和木糖縮合體,其比例為1︰1︰23。玉米軸里的半纖維素是5.1%的葡萄糖醛酸和94.8%的木糖的縮合物。豆科植物(苜蓿)則幾乎都是單純的半乳糖縮合體。半纖維素在植物體內的作用,一是起支架和骨幹作用,二是起貯存碳水化合物的作用。在家畜消化道中,只有共生的微生物分泌的酶才能水解半纖維素,分解的最終產物是乙酸、丙酸和丁酸等低級揮發性脂肪酸。反芻動物對半纖維素的消化率一般為60—80%。
3、木質素 木質素是一類酚酸多聚體混合物,它是由苯丙烷及其衍生物為基本單位構成的高分子芳香醇,一般不能被家畜所利用,它常常與半纖維素,纖維素鑲嵌在一起,極不容易分開。在木質素的生物合成過程中,有香豆醇、松柏醇和芥子醇三個重要先體。在縮合物中其相應的結構成分為羥基苯、鄰甲氧苯基和丁香。
由於木質素的存在,不僅影響微生物酵解纖維素和半纖維素,而且也影響消化道中的酶對飼料中其他有機物的消化作用,使飼料有機物消化率降低。據報道,飼料中的木質素每增加1%,反芻動物對飼料的消化率則下降0.8%。
植物中木質素的功能是,在細胞壁中與其他成分一起形成復雜結構,防止微生物的侵襲;在細胞之間作為一種粘合劑起支架的作用;還可以緩和水通過細胞壁向內滲透。
4、粗蛋白 作物秸稈中的粗蛋白質含量很低,且變化很大,據報道:稻草、麥秸、和玉米稈的粗蛋白平均含量分別為:5.1%、4.4%、9.3%,變化范圍分別為:3.4—5.9%、3.8—5.0%、8.8—9.8%。燕麥麥秸平均為2.4%,高梁秸為3.4%。又據我國《奶牛飼養標准和典型日糧配方》:干物質中粗蛋白含量玉米秸為7.7%,燕麥為7.5%,粟秸為5%,小麥秸為4.7%,稻草為3.9%。粗蛋白主要分布在秸稈的細胞壁中,故其消化率一般也較低。
5、低分子碳水化合物 禾本科作物秸稈中含有少量的低分子碳水化合物,不同種類的作物含量不同。如冬小麥秸稈中的果糖、葡萄糖、蔗糖、阿拉伯糖和甘露糖的含量分別為:2.6,1.2,0.4,1.5和1.3克/千克干物質;春小麥秸稈則分別為:2.5,1.8,4.4,2.1和1.8克/千克干物質;大麥秸稈為:1.9,2.1,0.8,1.2和1.4克/千克干物質;這些低分子碳水化合物的消化率均很高,幾乎為100%。
6、無機鹽 秸稈中無機鹽含量都很低,而且明顯缺乏鈷、銅、硫、鈉、硒、和碘等元素。由於稻草細胞壁中二氧化硅的含量很高,嚴重影響瘤胃中多糖類物質的降解。有關秸稈中無機鹽含量的研究資料很少,較為全面的是美國—加拿大《飼料成分表》1984。
『叄』 玉米秸稈的成分
表1 青貯玉米秸稈評定標准
項目 分數 優等 良好 一般 劣等
pH 25 3.4~3.8(25) 3.9~4.1(17) 4.2~4.7(8) 4.8以上(0)
水分(%) 20 70~75(20) 76~80(13) 80~85(7) 86以上(1)
氣味 25 甘酸香味(25) 淡酸香味(17) 刺鼻酸味(8) 腐敗味(0)
色澤 20 亮黃色(20) 褐黃色(13) 中間 (7) 暗黃色(1)
質地 10 鬆散柔軟(10) 中間(7) 略帶粘性 (3) 發粘結塊(1)
合計 100 100~76 75~71 50~26 25以下
『肆』 秸稈利用的基料化,原料化是什麼意思
樓上秸稈五料都不懂就別亂答,誤導別人,問題已經很清楚了。
基料化:為動物、植物、微生物提供良好生長條件,如菌類栽培基料、動物飼養墊料等
原料化:生產工業原料,如乙醇、糠醛等
『伍』 農用化學品分為哪些,常見的農用化學品又有哪些
農用化學品可分為化肥、農葯、農膜3類。
化肥是化學肥料的簡稱,指用化學和(或)物理方法製成的含有一種或幾種農作物生長需要的營養元素的肥料,主要用於提高土壤肥力,增加單位面積的農作物產量。
農葯是指為促進、保障農作物健康成長而使用的各種殺菌、殺蟲、除草等葯品。
農膜主要用於覆蓋栽培技術,對農業增產增收、生產反季節作物貢獻巨大。
常見的農用化學品有比如氮肥、鉀肥、磷肥、殺蟲劑、殺菌劑、除草劑等等
『陸』 秸稈的主要成分有那些,適合那些工業
一、秸稈的一般化學成分
農作物秸稈是由大量的有機物和少量的無機物及水所組成的,其有機物的主要成分是纖維素類的碳水化合物,此外還有少量的粗蛋白質和粗脂肪。碳水化合物又由纖維素類物質和可溶性糖類組成。纖維素類物質是植物細胞壁的主要成分,它包括纖維素、半纖維素和木質素等。在常規分析中,纖維素類物質用粗纖維表示;可溶性糖類用無氮浸出物表示,泛指不包括粗纖維的碳水化合物,一般不再進行化學分析測定,而是根據秸稈中其他養分的含量進行計算得出即:
無氮浸出物含量%=100%-(水%+粗蛋白%+粗脂肪%+粗纖維%+粗灰分%)
秸稈中的無機鹽用粗灰份來表示,由硅酸鹽和其他少量微量元素組成,含量大約為6%,但稻草中的硅酸鹽含量較高達到12%以上。農作物成熟以後,其秸稈中的維生素差不多全被破壞,因此秸稈中很少含有維生素。
二、秸稈中的纖維素類物質的組成
作物秸稈中由許多植物細胞組成,所有的秸稈細胞可以分為細胞內容物和細胞壁兩部分。秸稈用中性洗滌劑消化(煮沸一小時),細胞內容物溶於中性洗滌劑中,不溶的就是細胞壁。細胞壁是纖維素多聚物。經中性洗滌劑消化而得的纖維叫中性洗滌纖維。隨後將中性洗滌纖維用酸性洗滌劑消化,能溶於酸的叫酸性洗滌可溶物,不溶的物質叫酸性洗滌纖維。能溶於酸的物質大部分是半纖維素和細胞壁含氮物質。不溶於酸的酸性洗滌纖維,又分為純纖維素和酸性洗滌木質素,木質素經灼燒成灰分,灰分是由各種無機鹽組成的。
由此可知:中性洗滌纖維主要包括纖維素,半纖維素,木質素,二氧化硅,角質蛋白,蠟質和木質化含氮物等,一般說來,蠟質和木質化含氮物很微量,可以不計。
三、秸稈主要組成成分的化學特性與作用。
1、纖維素 纖維素是植物中最豐富的物質,又是細胞壁的主要結構成分,在作物秸稈中的含量達40—50%。纖維素分子是由許多葡萄糖分子經β-1,4糖苷鍵結合而成的吡喃葡萄糖單位組成。在自然界中主要以微纖維組成的結晶形狀存在。化學性能穩定,不溶於稀酸。在高溫、高壓和酸性條件下,可以水解成為葡萄糖。在家畜消化道中共生的微生物能分泌水解纖維素的酶,可將纖維素分解成為揮發性脂肪酸乙酸、丙酸和丁酸,被家畜吸收利用。
2、半纖維素 半纖維素是戊糖、己糖和多糖醛酸及其甲酯的縮合物,其主要成分是戊聚糖。一般不溶於熱水,而溶於稀酸。半纖維素在秸稈的木質素部分含量很高,植物木質部分的半纖維素主要是木聚糖和葡萄糖醛酸的縮合物,其比例是6--12︰1。
小麥秸稈中半纖維素主要是糖醛酸、阿拉伯糖和木糖縮合體,其比例為1︰1︰23。玉米軸里的半纖維素是5.1%的葡萄糖醛酸和94.8%的木糖的縮合物。豆科植物(苜蓿)則幾乎都是單純的半乳糖縮合體。半纖維素在植物體內的作用,一是起支架和骨幹作用,二是起貯存碳水化合物的作用。在家畜消化道中,只有共生的微生物分泌的酶才能水解半纖維素,分解的最終產物是乙酸、丙酸和丁酸等低級揮發性脂肪酸。反芻動物對半纖維素的消化率一般為60—80%。
3、木質素 木質素是一類酚酸多聚體混合物,它是由苯丙烷及其衍生物為基本單位構成的高分子芳香醇,一般不能被家畜所利用,它常常與半纖維素,纖維素鑲嵌在一起,極不容易分開。在木質素的生物合成過程中,有香豆醇、松柏醇和芥子醇三個重要先體。在縮合物中其相應的結構成分為羥基苯、鄰甲氧苯基和丁香。
由於木質素的存在,不僅影響微生物酵解纖維素和半纖維素,而且也影響消化道中的酶對飼料中其他有機物的消化作用,使飼料有機物消化率降低。據報道,飼料中的木質素每增加1%,反芻動物對飼料的消化率則下降0.8%。
植物中木質素的功能是,在細胞壁中與其他成分一起形成復雜結構,防止微生物的侵襲;在細胞之間作為一種粘合劑起支架的作用;還可以緩和水通過細胞壁向內滲透。
4、粗蛋白 作物秸稈中的粗蛋白質含量很低,且變化很大,據報道:稻草、麥秸、和玉米稈的粗蛋白平均含量分別為:5.1%、4.4%、9.3%,變化范圍分別為:3.4—5.9%、3.8—5.0%、8.8—9.8%。燕麥麥秸平均為2.4%,高梁秸為3.4%。又據我國《奶牛飼養標准和典型日糧配方》:干物質中粗蛋白含量玉米秸為7.7%,燕麥為7.5%,粟秸為5%,小麥秸為4.7%,稻草為3.9%。粗蛋白主要分布在秸稈的細胞壁中,故其消化率一般也較低。
5、低分子碳水化合物 禾本科作物秸稈中含有少量的低分子碳水化合物,不同種類的作物含量不同。如冬小麥秸稈中的果糖、葡萄糖、蔗糖、阿拉伯糖和甘露糖的含量分別為:2.6,1.2,0.4,1.5和1.3克/千克干物質;春小麥秸稈則分別為:2.5,1.8,4.4,2.1和1.8克/千克干物質;大麥秸稈為:1.9,2.1,0.8,1.2和1.4克/千克干物質;這些低分子碳水化合物的消化率均很高,幾乎為100%。
6、無機鹽 秸稈中無機鹽含量都很低,而且明顯缺乏鈷、銅、硫、鈉、硒、和碘等元素。由於稻草細胞壁中二氧化硅的含量很高,嚴重影響瘤胃中多糖類物質的降解。有關秸稈中無機鹽含量的研究資料很少,較為全面的是美國—加拿大《飼料成分表》1984。
『柒』 什麼叫生物基化學品
生物基產品(Biobasedprocts)主要指除糧食以外的秸稈等木質纖維素類農林廢棄物。以其為原料生產環境友好的化工產品和綠色能源是人類實現可持續發展的必由之路。生物基產品及綠色能源問題已經成為世界科技領域的前沿。生物基產品主要有:沼氣、燃料乙醇、生物柴油和生物塑料
『捌』 秸稈,樹木里主要有哪些化學物質成份!
纖維素
纖維素(cellulose)是由葡萄糖組成的大分子多糖.不溶於水及一般有機溶劑.是植物細胞壁的主要成分.纖維素是世界上最豐富的天然有機物,占植物界碳含量的50%以上.棉花的纖維素含量接近100%,為天然的最純纖維素來源.一般木材中,纖維素佔40~50%,還有10~30%的半纖維素和20~30%的木質素.此外,麻、麥稈、稻草、甘蔗渣等,都是纖維素的豐富來源.纖維素是重要的造紙原料.此外,以纖維素為原料的產品也廣泛用於塑料、炸葯、電工及科研器材等方面.食物中的纖維素(即膳食纖維)對人體的健康也有著重要的作用.
纖維素的性質
纖維素是D-葡萄糖以β-1,4糖苷鍵組成的大分子多糖,分子量約50000~2500000,相當於300~15000個葡萄糖基.分子式可寫作(C6H10O5)n.是維管束植物、地衣植物以及一部分藻類細胞壁的主要成分.醋酸菌(Acetobaeter)的莢膜,以及尾索類動物的被囊中也發現有纖維素的存在,棉的種子毛是高純度(98%的纖維素.所謂α-纖維素(α-cellulose)這一名稱系指從原來細胞壁的完全纖維素標准樣品用17.5%NaOH不能提取的部分.β-纖維素(β-cellulose)、γ-纖維素(γ-cellulose)是相應於半纖維素的纖維素.雖然,α-纖維素通常大部分是結晶性纖維素,β-纖維素,γ-纖維素在化學上除含有纖維素以外,還含有各種多糖類.細胞壁的纖維素形成微纖維.寬度為10—30毫微米,長度有的達數微米.應用X線衍射和負染色法(negative染色法),根據電子顯微鏡觀察,鏈狀分子平行排列的結晶性部分組成寬為3—4毫微米的基本微纖維.推測這些基本微纖維集合起來就構成了微纖維.纖維素能溶於Schwitzer試劑或濃硫酸.雖然不易用酸水解,但是稀酸或纖維素酶可使纖維素生成D-葡萄糖、纖維二糖和寡糖.在醋酸菌中有從UDP葡萄糖引子(primer)轉移糖苷合成纖維素的酶(cellulose synthase(UDPformingEC2.4.1.12).在高等植物中已得到具有同樣活性的顆粒性酶的標准樣品.此酶通常是利用GDP葡萄糖(cellulose synthase(GDP forming) EC2.4.1.29),在由UDP葡萄糖轉移的情況下,發生β-1,3鍵的混合.微纖維的形成場所和控制纖維素排列的機制還不太明了.另一方面就纖維素的分解而言,估計在初生細胞壁伸展生長時,微纖維的一部分由於纖維素酶的作用而被分解,成為可溶性.
纖維素不溶於水和乙醇、乙醚等有機溶劑,能溶於銅氨Cu(NH3)4(OH)2溶液和銅乙二胺 [NH2CH2CH2NH2]Cu(OH)2溶液等.水可使纖維素發生有限溶脹,某些酸、鹼和鹽的水溶液可滲入纖維結晶區,產生無限溶脹,使纖維素溶解.纖維素加熱到約150℃時不發生顯著變化 ,超過這溫度會由於脫水而逐漸焦化.纖維素與較濃的無機酸起水解作用生成葡萄糖等,與較濃的苛性鹼溶液作用生成鹼纖維素,與強氧化劑作用生成氧化纖維素.
纖維素的製法
纖維素的實驗室製法是先用水、有機溶劑處理植物原料,再用氯、亞氯酸鹽、二氧化氯、過乙酸去除其中所含的木素,得到纖維素和半纖維素,然後採用各種方法除去半纖維素 ,製得純纖維素.工業製法是用亞硫酸鹽溶液或鹼溶液蒸煮植物原料,除去木素,然後經過漂白進一步除去殘留木素,所得漂白漿可用於造紙.
纖維素的作用
全世界用於紡織造紙的纖維素,每年達800萬噸.此外,用分離純化的纖維素做原料,可以製造人造絲,賽璐玢以及硝酸酯、醋酸酯等酯類衍生物和甲基纖維素、乙基纖維素、羧甲基纖維素等醚類衍生物,用於塑料、炸葯、電工及科研器材等方面.人類膳食中的纖維素主要含於蔬菜和粗加工的谷類中,雖然不能被消化吸收,但有促進腸道蠕動,利於糞便排出等功能.草食動物則依賴其消化道中的共生微生物將纖維素分解,從而得以吸收利用.
膳食纖維
食物纖維素包括粗纖維、半粗纖維和木質素.食物纖維素是一種不被消化吸收的物質,過去認為是「廢物」,現在認為它在保障人類健康,延長生命方面有著重要作用.因此,稱它為第七種營養素.
①有助於腸內大腸桿菌合成多種維生素.
②纖維素比重小,體積大,在胃腸中占據空間較大,使人有飽食感,有利於減肥.
③纖維素體積大,進食後可刺激胃腸道,使消化液分泌增多和胃腸道蠕動增強,可防治糖尿病的便秘.
④高纖維飲食可通過胃排空延緩、腸轉運時間改變、可溶性纖維在腸內形成凝膠等作用而使糖的吸收減慢.亦可通過減少腸激素如抑胃肽或胰升糖素分泌,減少對胰島B細胞的刺激,減少胰島素釋放與增高周圍胰島素受體敏感性,使葡萄糖代謝加強.
⑤近年研究證明高纖維飲食使Ⅰ型糖尿病患者單核細胞上胰島素受體結合增加,從而節省胰島素的需要量.由此可見,糖尿病患者進食高纖維素飲食,不僅可改善高血糖,減少胰島素和口服降糖葯物的應用劑量,並且有利於減肥,還可防治便秘、痔瘡等疾病.
纖維素的主要生理作用是吸附大量水分,增加糞便量,促進腸蠕動,加快糞便的排泄,使致癌物質在腸道內的停留時間縮短,對腸道的不良刺激減少,從而可以預防腸癌發生.
纖維素的攝入與鑒別
蔬菜中含有豐富的纖維素.不含纖維素食物有:雞、鴨、魚、肉、蛋等;含大量纖維素的食物有:粗糧、麩子、蔬菜、豆類等,其中棉花含量最高,達到98%.因此建議糖尿病患者適當多食用豆類和新鮮蔬菜等富含纖維素的食物.目前國內的植物纖維食品,多是用米糠、麩皮、麥糟、甜菜屑、南瓜、玉米皮及海藻類植物等製成的,對降低血糖、血脂有一定作用.
纖維素燃燒無味,生成黑煙,用此法可鑒別人造絲和真絲(蛋白質,燃燒有燒焦羽毛氣味).
各種食物的纖維素含量
纖維素雖然不能被人體吸收,但具有良好的清理腸道的作用,因此成為營養學家推薦的六大營養素之一,是適合IBS患者食用的健康食品.常見食品的纖維素含量如下:
麥麩:31%
穀物:4-10%,從多到少排列為小麥粒、大麥、玉米、蕎麥面、薏米面、高粱米、黑米.
麥片:8-9%;燕麥片:5-6%
馬鈴薯、白薯等薯類的纖維素含量大約為3%.
豆類: 6-15%,從多到少排列為黃豆、青豆、蠶豆、芸豆、豌豆、黑豆、紅小豆、綠豆
無論谷類、薯類還是豆類,一般來說,加工得越精細,纖維素含量越少.
蔬菜類:筍類的含量最高,筍乾的纖維素含量達到30-40%,辣椒超過40%.其餘含纖維素較多的有:蕨菜、菜花、菠菜、南瓜、白菜、油菜
菌類(干):纖維素含量最高,其中松蘑的纖維素含量接近50%,30%以上的按照從多到少的排列為:發菜、香菇、銀耳、木耳.此外,紫菜的纖維素含量也較高,達到20%
堅果:3-14%.10%以上的有:黑芝麻、松子、杏仁;10%以下的有白芝麻、核桃、榛子、胡桃、葵瓜子、西瓜子、花生仁
水果:含量最多的是紅果乾,纖維素含量接近50%,其次有桑椹干、櫻桃、酸棗、黑棗、大棗、小棗、石榴、蘋果、鴨梨.
各種肉類、蛋類、奶製品、各種油、海鮮、酒精飲料、軟飲料都不含纖維素;各種嬰幼兒食品的纖維素含量都極低
有機化合物,在隔絕空氣加強熱,可以發生裂解
生成碳
『玖』 「秸稈利用的基料化」中的「原料化」是什麼意思
原料化:指使秸稈成為其加工品的原料。
『拾』 秸桿酸解生成的糖類有哪些
玉米秸桿的酶水解糖化
李俊英 張桂 陳學武 苗芳 侯建革
玉米秸桿的酶水解糖化
摘要:玉米秸桿屬植物纖維廢料,研究玉米秸桿酶水解糖化的目的在於尋求一條玉米秸桿的合理利用新途徑,加工成食品、燃料、化工產品等,具有較好的發展前途。從玉米秸桿的化學結構出發,闡述玉米秸桿酶水解、糖化的機理及研究概況,玉米秸桿所含成分復雜,需要經過預處理,破壞其結晶性,提高水解性能,從而得以很好利用,具有重要的現實意義。
關鍵詞:玉米秸桿;酶水解;糖化
1 玉米秸桿的化學組分
玉米秸桿的主要成分是纖維素、半纖維素、木質素、粗蛋白和水等。
1.1 纖維素
玉米秸桿纖維素結構單元是由β-D葡萄糖基1,4-糖苷鍵聯結而成的線性高分子化合物。每個纖維素分子由800--1200個葡萄糖分子組成,據戈林(D.A.J.Goring)等研究,在纖維細胞中的次生壁中,微細纖維、木素、半纖維素中組分均呈不連續的層狀結構,彼此粘結又互相間斷。微細纖維是構成細胞壁的骨架,木素、半纖維素則是微細纖維之間的填充劑和粘結劑。纖維素分子中的葡萄糖(和其它糖)殘基的多少,或者稱之為聚合程度的高低,因植物種屬不同、時空和空間關系的變化而有變異。玉米秸桿纖維素屬於次生壁一類的纖維素分子,其平均聚合度為1000左右。其中大約30到100個纖維素分子「並肩」排列,在分子內和分子間氫鍵作用下,形成結晶的(crystalline)或類結晶的(paracrystalline)微纖絲。微纖絲的結晶區即β-1,4葡聚糖區,而中央的非結晶區則可能是甘露糖或木糖的存在部位,非結晶的或結晶程度差的表面區包圍著中央的結晶核(Crystal nucleus)〔2,3〕。從以上分析,纖維素類分子相互間以特定化學鍵相聯系,形成牢固結構,使其難於分離。
1.2 半纖維素
半纖維素的結構單元是木糖、阿拉伯糖、葡萄糖等以及這些糖甲基化、乙酯化單位和醛酸衍生物。半纖維素的分子量較低,聚合度小於200,且分子往往帶有支鏈。不同來源的半纖維素各種結構單元比例不同,但木糖是玉米秸桿的主要糖、其次是阿拉伯糖。其中木糖間以β-1,4糖苷鍵連接,分支度較高。
1.3 木素
木素是一種天然的高分子聚合物。是由苯丙基丙烷單元通過醚鍵和碳-碳鍵聯接而成、具有三維結構的芳香族高分子化合物。玉米秸桿的木素含量為19%-23%。木素中含碳量達60%-66%,含氫5%-6.5%。木素含碳量高,含氫量低,玉米秸桿木素的分子量低,降低了木素的化學穩定性,使玉米秸桿較易蒸煮。
玉米秸桿中組分除含以上物質外,尚含有粗蛋白、灰分、水等等。
2 玉米秸桿的預處理
正是由於玉米秸桿組成成分復雜、穩定,使得其生物降解難於迅速進行。生物工作者從土壤、有病害的植物、牛胃、牛糞等分離篩選活力高的微生物,但至今也未找到能迅速降解的微生物;有人利用基因工程製造可迅速降解纖維素的菌種,也未獲得工業應用。依據波爾屯克模型,在纖維素的微小構成單位周圍被半纖維素,其次是木質素層的鞘所包圍。木質素雖對纖維素分解物質(如酶等)反應沒有阻礙作用,但它阻止纖維素分解物對纖維素的作用,因此人們不得不藉助化學的、物理的方法來進行預處理,使纖維素與木質素、半纖維素等分離開;使纖維素內部氫鍵打開,使結晶纖維素成為無定型纖維素,以及進一步打斷部分β-1,4糖苷鍵,降低聚合度。經預處理後,有的纖維素的酶法降解速率甚至可與澱粉水解比擬,所以盡管預處理會增加成本,但目前仍是必不可少的措施。下面我們針對預處理方法的優劣逐一進行討論。
2.1 物理法〔4〕
包括球磨、壓縮球磨、爆破粉碎、冷凍粉碎、ν-射線、聲波、電子射線等,均可使纖維素粉化、軟化,提高纖維素的酶解轉化率。該方法有如下特點:
2.1.1 在一般條件下,作用不明顯。如球磨粉碎纖維素後,酶解率隨纖維素的顆粒變小而略有上升;對於電子輻射,在0~100Mrad,只是引起纖維素聚合度的下降,分子量從5.98×105下降到9×103,只有大於100Mrad後,半纖維素和木素的結合層才受影響,而且羥基和羰基受破壞最大,結晶度下降。
2.1.2 預處理成本較高。應用球磨48h,才可達到270目左右的細度;電子射線和ν-射線均需高能射流發生儀,設備成本高、能耗大,約占糖化總能耗的50%~60%。
2.1.3 處理後的粉末纖維素物質沒有脹潤性,體積小,可以提高基質濃度,得到較高糖濃度的糖化液。
2.1.4 將原料粉碎成極細的顆粒,一方面使其表面積大大增加,另一方面破壞其結晶性,以便在隨後的糖化階段中易於反應;而爆破粉碎可以使纖維素結合層受到破壞,提高對酶作用的敏感性,大大提高可及度。例如經高溫作用下,半纖維素發生自水解作用而可熔化,木質素也發生部分降解,變得易被有機溶劑或稀鹼抽提 ,此時突然減壓爆破,則破壞了植物纖維的細胞結構,使纖維素酶水解糖化率提高。
總之,經過物理方法處理過的玉米秸桿,增加了酶對纖維素的親和性,還原糖得率明顯提高。
2.2 化學法
化學預處理方法有無機酸、鹼、有機溶劑等方法。其機理主要是有效破壞粗纖維之間的化學結構,便於粗纖維物質的分解和釋放,從而增加其可消化性。它有以下特點:
2.2.1 用高濃度的無機酸處理玉米秸桿,有較好的效果,可大大提高物料的酶水解率,但是半纖維素被水解成戊糖,其它產物多種多樣,如纖維糊精、纖維二糖、葡萄糖、葡聚糖等,產品得率較低,不可以被酵母消化利用。腐蝕性強,需要耐酸設備,成本高,並引起所得葡萄糖的分解和復合反應,降低了產品的純度和得率,改用稀酸進行處理,所得物料幾乎全部被水解成葡萄糖。但該方法存在著試劑回收、中和、洗滌等問題。
2.2.2 用鹼法進行預處理,使纖維素及半纖維素損失較大,收率只有50%,故應用起來也較為困難。
2.2.3 有機溶劑預處理效果較好,並且易於回收,但存在著腐蝕及毒性等問題的限制。由於造成環境污染,成為阻礙其大規模應用於預處理的主要原因。
從總體看來,有機溶劑預處理有一定的發展前景,但必須尋找無毒替代物。
2.3 物理-化學法
該方法就是將物理法與化學法有機結合,揚長避短,例如首先於試樣中加入化學試劑,然後運用汽爆法處理樣品;或者原料經物理法處理後,再經化學法反應,這樣處理後的可消化性能夠達到較高的水平。
2.4 生物法
纖維素類物質含木質素、纖維素和半纖維素,纖維素有效酶解受木質素的空間障礙和纖維素本身的結晶度和聚合度的阻礙,在一些方面有獨特之處,同時也存在困難之處。纖維素分子與酶的有效接觸、酶用量、時間都是重要的影響因素,並且隨著糖濃度的增加,水解速度變慢,因此常採用流加方法加以解決,生物法的預處理顯示了獨特的優勢,污染少,但玉米秸桿所含成分復雜,為了提高葡萄糖得率,在酶的選擇上必須十分慎重,除了注意酶系外,在酶催化水解時還有添加各種激活劑或其它物質的做法,該實驗還有待研究。
3 酶水解糖化過程
3.1 纖維素的糖化〔5〕
經過預處理的纖維素常常通過酸法或酶法來糖化。Goldstein等應用兩種抗酸膜(20%HCl,60%H2SO4),將纖維素物質酸解物中的糖和酸分離,一方面獲得由纖維素降解產生的糖;另一方面可回收試劑。生產成本亦不是很高。纖維素酶法糖化中,生成纖維素降解酶系的微生物種類很多,它們分布很廣,但大量分泌纖維素酶而又便於提取的微生物種類不多,目前常用的菌種多來自木霉屬、麴黴屬和青黴屬。現以承認纖維素的降解需要一系列酶的共同作用才能完成,這些酶包括:內切β-1,4葡聚糖酶,外切β-1,4葡聚糖酶和β-1,4葡聚糖酶,這三種酶協同作用,缺一不可。酶水解纖維素歷程分三步進行,內切葡聚糖酶雜亂地水解纖維素底物分子的糖苷鍵,生成小的葡聚糖;外切葡聚糖酶從其鏈端將其水解生成纖維二糖和其它更小分子的低聚糖;β-葡萄糖苷酶水解纖維二糖成為葡萄糖。纖維二糖的積累對於內切和外切葡聚糖酶的催化作用有抑制的影響,將其水解成葡萄糖,對降低此影響是有利的。葡萄糖的積累對於β-葡萄糖苷酶的催化也有一定的抑制影響。但一個突出問題是酶的利用率較低,提高酶的利用率是關繫到工業化生產、降低成本的關鍵。
3.2 半纖維素的糖化
半纖維素作為玉米秸桿的重要組分,生成半纖維素降解酶系的微生物種類也很多,其降解機理與纖維素酶相比,半纖維素酶的研究落後一些,未知的東西更多,木聚糖分子比纖維素分子具有結構多樣和組分復雜性等特點,因而其降解難度更大。水解木聚糖分子的酶則主要由β-1,4-木聚糖和β-木糖苷酶構成,前者從木聚糖分子內水解木聚糖苷鍵,形成寡聚木糖乃至木二糖和木糖,後者則從前者水解物末端釋放出木糖分子,且具有木二糖水解能力。多組分或多同工酶是木聚糖酶的一個普遍特徵,此外,木聚糖的完全水解還需其它支鏈分解酶的參加,如乙酯酶、阿拉伯糖苷酶、葡萄糖苷酶、葡萄糖醛酸酶等。使糖化產生的糖類進一步降解生成糠醛等物質,並且所生成戊糖不宜被酵母發酵利用,美國普渡大學「再生資源實驗室」(LORRE)研究成功用D-木糖異構酶將木糖異構成木酮糖,再被酵母利用的新途徑。