酸水解制糖加碱后为什么会出现絮状物

无水乙醇合成方法

【发酵法】

将富含淀粉的农产品如谷类、薯类等或野生植物果实经水洗、粉碎后，进行加压蒸煮，使淀粉糊化，再加入适量的水，冷却至60℃左右加入淀粉酶，使淀粉依次水解为麦芽糖和葡萄糖。然后加入酶母菌进行发酵制得乙醇。

【水合法】

以乙烯和水为原料，通过加成反应制取。水合法分为间接水合法和直接水合法两种。间接水合法也称硫酸酯法，反应分两步进行。先把95～98%的硫酸和50～60%的乙烯按2:1（重量比）在塔式反应器吸收反应，60～80℃、0.78～1.96MPa条件下生成硫酸酯。第二步是将硫酸酯在水解塔中，于80～100℃、0.2～0.29MPa压力下水解而得乙醇，同时生成副产物乙醚。烯直接与水反应生成乙醇。直接水合法即一步法。由乙烯和水在磷酸催化剂存在下高温加压水合制得。本法流程简单、腐蚀性小，不需特殊钢材，副产乙醚量少，但要求乙烯纯度高，耗电量大。无论用发酵法或乙烯水合法，制得的乙醇通常都是乙醇和水的共沸物，即浓度为95%的工业乙醇。

纯化方法

市售的无水乙醇一般只能达到99.5%纯度，在许多反应中需用纯度更高的无水乙醇，经常需自己制备。通常工业用的95.5%的乙醇不能直接用蒸馏法制取无水乙醇，因95.5%乙醇和4.5%的水形成恒沸点混合物。要把水除去，第一步是加入氧化钙（生石灰）煮沸回流，使乙醇中的水与生石灰作用生成氢氧化钙，然后再将无水乙醇蒸出。这样得到无水乙醇，纯度最高约99.5%。纯度更高的无水乙醇可用金属镁或金属钠进行处理。

无色澄清液体。有灼烧味。易流动。极易从空气中吸收水分，能与水和氯仿、乙醚等多种有机溶剂以任意比例互溶。能与水形成共沸混合物(含水4.43%)，共沸点78.15℃。相对密度(d204)0.789。熔点-114.1℃。沸点78.5℃。折光率(n20D)1.361。闭杯时闪点（在规定结构的容器中加热挥发出可燃气体与液面附近的空气混合，达到一定浓度时可被火星点燃时的温度）13℃。易燃。蒸气与空气能形成爆炸性混合物，爆炸极限3.5%～18.0%（体积）

玉米秸秆的利用与土壤肥力、保护环境、农田生态平衡等密切联系,已成为持续农业和生态农业的重要内容,具有十分重要的作用。按玉米秸秆用途及其加工技术特点,可把秸秆综合利用技术分为以下三大类。

一、秸秆饲料和食用菌基料技术

玉米秸秆用作饲料,在中国目前主要是以秸秆养畜、过腹还田的方式进行。食用菌基料技术是近几年发展的玉米秸秆利用方式。据分析玉米秸秆中总能量与牧草相似,但是其营养价值只相当于干草或谷物的1/4,这是由于玉米秸秆中粗纤维含量高,体积大,质地粗硬,可利用的养分较少,适口性差。为此,必须对玉米秸秆进行加工处理,以提高消化率,降低粗纤维含量。

（一）物理处理。一般作为调制秸秆饲料的前期工作,经物理处理过的秸秆虽不能提高消化率,但能提高适口性,增加采食量。

（二）青贮秸秆。青贮秸秆是把新鲜的秸秆经过微生物发酵作用,达到长期保存其青绿多汁的营养,调节季节粗料余缺目的。青贮秸秆既能保持青饲料的营养价值,又能改善适口性,且易于消化吸收,并调节青饲料的均衡供给。

（三）氨化秸秆。氨化是在密封厌氧条件下,使氨与秸秆发生氨解反应,破坏连接木质素与多糖之间的酯键,是提高秸秆消化率的一种方法。氨化秸秆制作简便,成功率高。但所需尿素市价较贵,成本较高,在有政策扶持的条件下,适宜在农区农户中推广应用。氨化秸秆适口性增加,粗蛋白增加1～2倍,采食量和消化率均有提高(20%左右)。能保证含水分50%左右的秸秆不霉变。

（四）微化秸秆。微化秸秆就是用微生物高效活性菌种(秸秆发酵活干菌)对秸秆进行发酵,使农作物秸秆变成具有酸香味,草食家畜喜食的饲料,也叫秸秆微贮饲料。微贮饲料成本低,适口性好,采食率高,且不易发霉腐败,能长期保存。

（五）鸡粪调制。鸡粪是廉价的蛋白质和能源来源,成本又低,用鸡粪调制的秸秆饲料开封后酸味很浓,完全消除了鸡粪原有的恶臭。将鸡粪用于秸秆混贮,是开辟饲料资源,提高秸秆利用率的有效途径。

（六）酒糟调制。用干秸秆粉重量5%～6%的鲜酒糟与水混搅成糊状,再加与秸秆粉等重的水搅匀后,均匀洒在秸秆粉上搅匀,装入池内压紧,用塑料薄膜覆盖,排尽气体,压实封装,待1个月左右开封饲喂。用酒糟调制秸秆作饲料,简易方便,成本低,适于在农区有酒糟来源,养有牛羊的农户中推广应用。

（七）制成颗粒饲料。秸秆颗粒饲料的生产不仅使保存期延长,且便于运输。既可解决饲料不足问题,又可解决玉米秸秆遗弃变废问题。

（八）栽培食用菌技术。用青鲜玉米秸秆做主料,秋冬栽培双孢蘑菇,不但可以及时发酵,适时播种,节省劳力,而且青鲜玉米秸秆有丰富的营养成分,可提高产量,旺季上市,经济效益较高。

二、秸秆肥料技术

据测定,玉米秸秆中氮、磷、钾的含量分别为0.61%、0.21%、2.28%。大量研究表明,玉米秸秆还田能够有效增加土壤有机质含量,改善土壤团粒结构和理化性状,改良土壤,培肥地力,增加作物产量,特别对缓解我国氮、磷、钾肥比例失调的矛盾,弥补磷、钾化肥不足有十分重要的意义。

（一）机械直接还田。玉米秸秆机械直接还田技术是农业部近期重点推广的农机化技术成果,也是“十五”期间重点推广的十项农机化技术之一。机械直接还田有以下两种方式：第一种,粉碎还田。采用机械一次作业将田间直立和铺放的秸秆直接粉碎还田,生产效率比手工还田可提高40～120倍。秸秆粉碎根茬还田机还能集粉碎与旋耕灭茬为一体,能够加速秸秆在土壤中腐解,从而被土壤吸收,改善土壤的团粒结构和理化性能,增加土壤肥力,促进农作物持续增产增收。第二种,整株还田。秸秆经一年的腐解,腐解率达90%以上,土壤有机质年均增加0.11%。玉米整株还田耕深20cm,秸秆在土壤8cm深度以下秸秆覆盖率达95%以上,能够保证冬小麦播种质量。

（二）覆盖栽培还田。秸秆覆盖对土壤温度的调节作用,能有效缓解气温激变对作物的伤害；玉米秸秆改良松嫩盐碱地的初步研究也取得了成功,使土壤表层可溶性盐分明显下降,土壤有机质含量提高,土壤pH值降低；玉米秸秆覆盖麦田还具有明显保墒节水效应,覆盖量为3000kg/hm2时,0～200cm土体储水量比不覆盖平均提高4.8%,同时对作物还有增产效应,这是解决我国淡水资源短缺,缓解北方地区水资源供需矛盾的重要途径。

（三）堆沤腐解还田。主要是利用快速堆腐剂产生大量纤维素酶,在较短的时间酶将各种作物秸秆堆制成有机肥,从而达到加速有机质的分解,提高土壤肥力,以利于农业生态系统的良性循环和种植业的持续发展。

（四）烧灰还田。烧灰还田有两种方式：1、作为生活燃烧能源的副产物还田。2、田间就地直接焚烧。

三、秸秆作能源和工业原料的技术

（一）造纸。玉米秸秆在纤维强度、韧性、资源等方面均优于其它秸秆,工艺及原辅材料配方采用与苇子加工制纸一样的工艺。应用玉米秸秆外皮生产出的35g、50g有光纸的各项质量指标基本上与苇浆纸相同,出浆率达41%。

（二）制人造板。利用秸秆中的纤维和木质作填充材料,以水泥,树脂等作基料压制成各种类型的纤维板,其外形美观,质轻并具有良好的耐压强度。玉米秸秆用于制造人造板虽然有一些缺陷,但他在北方地区的数量很大,采用相应的防虫、防腐措施,仍不失为一种制造人造板的理想材料。

（三）研制一次性植纤餐具。用植物纤维制作一次性餐具,具有明显的资源优势和环保优势，作为严格意义上的绿色包装,是其他一次性快餐用具所不能比拟的。

（四）生产燃料乙醇。经研究表明,玉米秸秆经稀硫酸处理,半纤维素水解成木糖、阿拉伯糖、葡萄糖等混合糖液后,其剩余纤维素可在纤维素酶作用下转化成葡萄糖,同时加入产奔偎拷湍缚山��饣旌咸且悍⒔统删凭�?

（五）直燃烧热水锅炉供热。玉米秸秆直燃烧热水锅炉供热系统,能部分地解决污染问题,不仅能减少CO2、SO2及烟尘排放量,而且具有较好的经济,环境和社会效益。

（六）气化作能源。秸秆作为传统的能源不仅效率低,而且会造成污染。通过热解气化,能获得高效、清洁、方便的能源。经过近几年的秸秆气化技术研究,已取得了一些成果,这些技术日趋成熟,并得到了一定程度得推广。

B

本题考查纤维素的性质和用途。 通过实验来验证纤维素水解后生成葡萄糖的步骤：①取小团棉花或几小片滤纸，③加入90%的浓硫酸，用玻璃棒把棉花或滤纸捣成糊状，②小火微热，使成亮棕色溶液，④稍冷，滴入几滴CuSO 4 溶液，并加入过量NaOH溶液使溶液中和至出现Cu（OH） 2 沉淀，⑤加热煮沸，故选B。 点评：本题考查化学实验基本操作，难度不大，平时注意知识的积累．

纤维素

纤维素（cellulose）是由葡萄糖组成的大分子多糖.不溶于水及一般有机溶剂.是植物细胞壁的主要成分.纤维素是世界上最丰富的天然有机物,占植物界碳含量的50％以上.棉花的纤维素含量接近100％,为天然的最纯纤维素来源.一般木材中,纤维素占40～50％,还有10～30％的半纤维素和20～30％的木质素.此外,麻、麦秆、稻草、甘蔗渣等,都是纤维素的丰富来源.纤维素是重要的造纸原料.此外,以纤维素为原料的产品也广泛用于塑料、炸药、电工及科研器材等方面.食物中的纤维素（即膳食纤维）对人体的健康也有着重要的作用.

纤维素的性质

纤维素是D-葡萄糖以β-1,4糖苷键组成的大分子多糖,分子量约50000～2500000,相当于300～15000个葡萄糖基.分子式可写作（C6H10O5）n.是维管束植物、地衣植物以及一部分藻类细胞壁的主要成分.醋酸菌（Acetobaeter）的荚膜,以及尾索类动物的被囊中也发现有纤维素的存在,棉的种子毛是高纯度（98%的纤维素.所谓α-纤维素（α－cellulose）这一名称系指从原来细胞壁的完全纤维素标准样品用17.5%NaOH不能提取的部分.β-纤维素（β-cellulose）、γ-纤维素（γ-cellulose）是相应于半纤维素的纤维素.虽然,α-纤维素通常大部分是结晶性纤维素,β-纤维素,γ-纤维素在化学上除含有纤维素以外,还含有各种多糖类.细胞壁的纤维素形成微纤维.宽度为10—30毫微米,长度有的达数微米.应用X线衍射和负染色法（negative染色法）,根据电子显微镜观察,链状分子平行排列的结晶性部分组成宽为3—4毫微米的基本微纤维.推测这些基本微纤维集合起来就构成了微纤维.纤维素能溶于Schwitzer试剂或浓硫酸.虽然不易用酸水解,但是稀酸或纤维素酶可使纤维素生成D-葡萄糖、纤维二糖和寡糖.在醋酸菌中有从UDP葡萄糖引子（primer）转移糖苷合成纤维素的酶（cellulose synthase（UDPformingEC2．4．1．12）.在高等植物中已得到具有同样活性的颗粒性酶的标准样品.此酶通常是利用GDP葡萄糖（cellulose synthase（GDP forming） EC2．4．1．29）,在由UDP葡萄糖转移的情况下,发生β－1,3键的混合.微纤维的形成场所和控制纤维素排列的机制还不太明了.另一方面就纤维素的分解而言,估计在初生细胞壁伸展生长时,微纤维的一部分由于纤维素酶的作用而被分解,成为可溶性.

纤维素不溶于水和乙醇、乙醚等有机溶剂,能溶于铜氨Cu(NH3）4（OH）2溶液和铜乙二胺 [NH2CH2CH2NH2]Cu（OH）2溶液等.水可使纤维素发生有限溶胀,某些酸、碱和盐的水溶液可渗入纤维结晶区,产生无限溶胀,使纤维素溶解.纤维素加热到约150℃时不发生显著变化 ,超过这温度会由于脱水而逐渐焦化.纤维素与较浓的无机酸起水解作用生成葡萄糖等,与较浓的苛性碱溶液作用生成碱纤维素,与强氧化剂作用生成氧化纤维素.

纤维素的制法

纤维素的实验室制法是先用水、有机溶剂处理植物原料,再用氯、亚氯酸盐、二氧化氯、过乙酸去除其中所含的木素,得到纤维素和半纤维素,然后采用各种方法除去半纤维素 ,制得纯纤维素.工业制法是用亚硫酸盐溶液或碱溶液蒸煮植物原料,除去木素,然后经过漂白进一步除去残留木素,所得漂白浆可用于造纸.

纤维素的作用

全世界用于纺织造纸的纤维素,每年达800万吨.此外,用分离纯化的纤维素做原料,可以制造人造丝,赛璐玢以及硝酸酯、醋酸酯等酯类衍生物和甲基纤维素、乙基纤维素、羧甲基纤维素等醚类衍生物,用于塑料、炸药、电工及科研器材等方面.人类膳食中的纤维素主要含于蔬菜和粗加工的谷类中,虽然不能被消化吸收,但有促进肠道蠕动,利于粪便排出等功能.草食动物则依赖其消化道中的共生微生物将纤维素分解,从而得以吸收利用.

膳食纤维

食物纤维素包括粗纤维、半粗纤维和木质素.食物纤维素是一种不被消化吸收的物质,过去认为是“废物”,现在认为它在保障人类健康,延长生命方面有着重要作用.因此,称它为第七种营养素.

①有助于肠内大肠杆菌合成多种维生素.

②纤维素比重小,体积大,在胃肠中占据空间较大,使人有饱食感,有利于减肥.

③纤维素体积大,进食后可刺激胃肠道,使消化液分泌增多和胃肠道蠕动增强,可防治糖尿病的便秘.

④高纤维饮食可通过胃排空延缓、肠转运时间改变、可溶性纤维在肠内形成凝胶等作用而使糖的吸收减慢.亦可通过减少肠激素如抑胃肽或胰升糖素分泌,减少对胰岛B细胞的刺激,减少胰岛素释放与增高周围胰岛素受体敏感性,使葡萄糖代谢加强.

⑤近年研究证明高纤维饮食使Ⅰ型糖尿病患者单核细胞上胰岛素受体结合增加,从而节省胰岛素的需要量.由此可见,糖尿病患者进食高纤维素饮食,不仅可改善高血糖,减少胰岛素和口服降糖药物的应用剂量,并且有利于减肥,还可防治便秘、痔疮等疾病.

纤维素的主要生理作用是吸附大量水分,增加粪便量,促进肠蠕动,加快粪便的排泄,使致癌物质在肠道内的停留时间缩短,对肠道的不良刺激减少,从而可以预防肠癌发生.

纤维素的摄入与鉴别

蔬菜中含有丰富的纤维素.不含纤维素食物有：鸡、鸭、鱼、肉、蛋等；含大量纤维素的食物有：粗粮、麸子、蔬菜、豆类等,其中棉花含量最高,达到98%.因此建议糖尿病患者适当多食用豆类和新鲜蔬菜等富含纤维素的食物.目前国内的植物纤维食品,多是用米糠、麸皮、麦糟、甜菜屑、南瓜、玉米皮及海藻类植物等制成的,对降低血糖、血脂有一定作用.

纤维素燃烧无味,生成黑烟,用此法可鉴别人造丝和真丝（蛋白质,燃烧有烧焦羽毛气味）.

各种食物的纤维素含量

纤维素虽然不能被人体吸收,但具有良好的清理肠道的作用,因此成为营养学家推荐的六大营养素之一,是适合IBS患者食用的健康食品.常见食品的纤维素含量如下：

麦麸：31%

谷物：4-10%,从多到少排列为小麦粒、大麦、玉米、荞麦面、薏米面、高粱米、黑米.

麦片：8-9%；燕麦片：5-6%

马铃薯、白薯等薯类的纤维素含量大约为3%.

豆类： 6-15%,从多到少排列为黄豆、青豆、蚕豆、芸豆、豌豆、黑豆、红小豆、绿豆

无论谷类、薯类还是豆类,一般来说,加工得越精细,纤维素含量越少.

蔬菜类：笋类的含量最高,笋干的纤维素含量达到30-40%,辣椒超过40%.其余含纤维素较多的有：蕨菜、菜花、菠菜、南瓜、白菜、油菜

菌类（干）：纤维素含量最高,其中松蘑的纤维素含量接近50%,30%以上的按照从多到少的排列为：发菜、香菇、银耳、木耳.此外,紫菜的纤维素含量也较高,达到20%

坚果：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：含量最多的是红果干,纤维素含量接近50%,其次有桑椹干、樱桃、酸枣、黑枣、大枣、小枣、石榴、苹果、鸭梨.

各种肉类、蛋类、奶制品、各种油、海鲜、酒精饮料、软饮料都不含纤维素；各种婴幼儿食品的纤维素含量都极低

有机化合物,在隔绝空气加强热,可以发生裂解

生成碳

在适宜的营养(特别是氮素)、温度、湿度、通气量和pH值条件下，通过微生物的繁衍，使秸秆分解，把碳、氮、磷、钾和硫等分解矿化或形成为简单的有机物和腐殖质的过程。秸秆中纤维素、半纤维素占极大的比例，纤维素是葡萄糖的聚合物，由于结构特殊，因此有抵抗各种氧化剂的能力，只能被浓酸水解。微生物和对纤维素的作用，完全取决于微生物的功能和分解条件。纤维素的分解分两个阶段。第一阶段是在微生物分泌的纤维素酶的作用下水解，生成纤维糊精、纤维二糖，在纤维二糖酶的作用下生成葡萄糖。第二阶段是水解产物的发酵过程。第二阶段好气微生物和厌气微生物的发酵产物有所不同。好气纤维分解菌能将纤维素完全分解，只产生CO2、一些粘液物质、色素和大量微生物细胞物质，30％～40％分解的纤维素可以转变成纤维素分解菌的细胞物质；嫌气性纤维分解菌则发酵成各种有机酸(醋酸、丙酸、丁酸、蚁酸、乳酸和琥珀酸等)、醇类、二氧化碳和氢气。 木质素是复杂的植物物质，是具有某些侧链的苯环结构，很难分解。一些细菌和高等真菌能把木质素的侧链及芳香环氧化，进而裂解木质素。在堆肥中有相当数量的木质素形成腐殖质，它是植物营养的储存库，也是土壤肥力的基础。 半纤维素包括多种化合物，有多缩醣醛和多缩糖醛酸。在微生物的作用下，多糖水解成简单的单糖类(C6H12O6、C5H10O5)，多缩糖醛酸水解成糖醛酸或醣醛酸糖酸和糖的混合物。主要被真菌和细菌所分解。半纤维素也是微生物细胞物质(荚膜)的重要组成部分。

作物的秸秆的主要成份是纤维素、半纤维素和木质素。可以分解利用秸秆的微生物种类很多，在自然界中广泛分布和存在。主要种类如下。

①能分解纤维素的细菌芽胞杆菌属

(Bacillus)、类芽胞杆菌(Paenibacillus)、假单胞菌属(Pseudomones)、弧菌属(Vibrio)，微球菌属(Micrococcus)、链球菌属(Streptococcus)、梭菌属(Clostridium)、原粘杆菌属(Promyxobecterium)、纤维粘菌属(Cytophaga)，生胞噬纤维菌属(Sporocytophage)、堆囊菌属(Sorangium)、螺旋体属(Spirochaeta)等等。最值得注意的是这些种类中的嗜热和耐热的种群。

②能分纤维素和半纤维素的真菌木霉属

(Trichoderma)、曲霉属(Aspergillus)、青霉(Penicillium)、分枝孢属(Sporotrichum)、轮枝孢霉(Verticillium)、镰刀菌属(Fusarium)、根霉(Rhizopus)等。

③能分解纤维素的放线菌分枝杆菌

(Mycobacterium)、诺卡氏菌(Nocardia)、小单孢菌(Micromonospora)、链霉菌属(Strepto-myces)等等。

④氧化木质素的微生物有洋蘑菇

(Psalliota)、鬼伞菌(Coprinus)、茯苓(Poria)、多孔菌属(Polyporus)、伞菌属(Agaricus)、糙皮侧耳(Pleurotus ostrcatus)、韧皮菌属(Sthreum)等等。

粗饲料经过适宜加工处理，可明显提高其营养价值。大量科学研究和生产实践证明，粗饲料经一般粉碎处理可提高采食量7%；加工制粒可提高采食量37%；而经化学处理可提高采食量18%～45%，有机物的消化率提高30%～50%。因此，粗饲料的合理加工处理对开发粗饲料资源具有重要的意义。目前，粗饲料加工调制的主要途径有物理学、化学和生物学处理3个方面，分述如下。

（1）物理加工

①机械加工

机械加工是指利用机械将粗饲料铡碎、粉碎或揉碎，这是粗饲料利用最简便而又常用的方法。

铡碎：利用铡草机将粗饲料切短至1～2厘米，稻草较柔软，可稍长些，而玉米秸秆较粗硬且有结节，以1厘米左右为宜。玉米秸青贮时，应使用铡草机切短至2厘米左右，以便于踩实。

粉碎：粗饲料粉碎可提高饲料利用率和便于混拌精饲料。

揉碎：揉碎机械是近几年来推出的新产品。为适应反刍家畜对粗饲料利用的特点，将秸秆饲料揉搓成丝条，尤其适于玉米秸的揉碎。是当前秸秆饲料利用比较理想的加工方法。

②热加工

热加工主要指蒸煮、膨化和高压蒸汽裂解3种方法。

蒸煮：将切碎的粗饲料放在容器内加水蒸煮，以提高秸秆饲料的适口性和消化率。据报道，在压力2.07×106帕下处理稻草1.5分钟，可获得较好的效果。如压力为7.8×105～8.8×105帕时，需处理30～60分钟。

膨化和高压蒸汽裂解：它们都是是利用高压水蒸气处理后突然降压以破坏纤维和木质素的紧密结构，并将纤维素和半纤维素分解出来，以利于牛、羊消化。两种方法对秸秆和各种农林副产物，如稻草、蔗渣、刨花、树枝甚至木材都有效果。但因膨化设备投资较大，目前在生产上尚难以广泛应用。

③盐化

盐化是指铡碎或粉碎的秸秆饲料，用1 %的食盐水，与等重量的秸秆充分搅拌后，放入容器内或在水泥地面堆放，用塑料薄膜覆盖，放置12～24小时，使其自然软化，可明显提高适口性和采食量。在东北地区广泛利用，效果良好。

④其他

除上述3种途径外，还有利用射线照射以增加饲料的水溶性部分，提高其饲用价值。有人曾用γ射线对低质饲料进行照射，有一定的效果，但由于设备造价高，难以在生产上应用。

（2）化学处理

利用酸碱等化学物质对劣质粗饲料——秸秆饲料进行处理，降低纤维素和木质素中部分营养物质，以提高其饲用价值。化学处理粗饲料的方法主要有碱化、氨化和酸处理3方面。

①碱化处理

碱化作用是通过碱类物质打断木质素与半纤维素之间的酯键，把镶嵌在木质素-半纤维素复合物中的纤维素释放出来，同时，碱类物质还能溶解半纤维素，也有利于反刍动物对饲料的消化，提高粗饲料的消化率。碱化处理所用原料，主要是氢氧化钠和石灰水。

氢氧化钠处理：用占秸秆重量4%～5 %的氢氧化钠，配制成30% ～40%溶液，喷洒在粉碎的秸秆上，堆放数日，不经冲洗直接喂用，可提高有机物消化率12%～20 %，称为“干法处理”。牲畜采食后粪便中含有相当数量的钠离子，对土壤和环境也有一定程度的污染。

石灰水处理：每100千克秸秆，3千克生石灰，加水200～300千克熟化，待澄清后取上层澄清液（即石灰乳），将石灰乳均匀喷洒在粉碎的秸秆上，堆放在水泥地面上，经1～2天后可直接饲喂牲畜。这种方法成本低，生石灰来源广，方法简便，效果明显。

②氨化处理

氨化处理是通过氨化与碱化双重作用以提高秸秆的营养价值。秸秆经氨化处理后，粗蛋白质含量可提高100 %～150 %，纤维素含量降低10 %，有机物消化率提高20%以上。氨化后的秸秆质地松软，气味糊香，颜色棕黄，提高了饲料的适口性，增加了采食量，是牛、羊反刍家畜良好的粗饲料。

氨源的种类很多，国外多利用液氨，需有专用设备，进行工厂化加工或流动服务。我国多利用尿素、碳酸氢铵作氨源。氨化饲料制作方法简便，饲料营养价值提高显著，近年来世界各国普遍采用。我国每年制作数量达2150万吨。

③酸处理

使用硫酸、盐酸、磷酸和甲酸处理秸秆饲料称为酸处理，其原理和碱化处理相同，用酸破坏木质素与多糖（纤维素、半纤维素）链间的酯键结构，以提高饲料的消化率。但酸处理成本太高，在生产上很少应用。

④氨-碱复合处理

秸秆饲料氨化后再进行碱化。如稻草经氨化处理的消化率仅55 %，而复合处理后则达到71.2 %。当然复合处理投入成本较高，但能够充分发挥秸秆饲料的经济效益和生产潜力。

（3）生物学处理

粗饲料的生物学处理主要指微生物的处理。其主要原理是利用某些有益微生物，在适宜培养的条件下，分解秸秆中难以被家畜利用的纤维素或木质素，并增加菌体蛋白、维生素等有益物质，软化秸秆，改善味道，从而提高粗饲料的营养价值。微生物种类很多，但用于饲料生产真正有价值的是乳酸菌、纤维分解菌和某些真菌。应用这些微生物加工调制的粗饲料是在厌氧条件下，加入适当的水分、糖分，在密闭的环境下，进行乳酸发酵。在粗饲料微生物的处理方面，国外筛选出一批优良菌种用于发酵秸秆，如层孔菌、裂褶菌、多孔菌、担子菌、酵母菌、木霉等。我国已培育出一些可供生产应用的优良菌株，并有了成型的固体培养技术，已有一定的优势。

下面将目前生产上常用的2种方法分述如下：

①粗饲料发酵法

粗饲料发酵法分四步进行。首先，将准备发酵的粗饲料如秸秆、树叶等切成20～40毫米的小段或粉碎。其次，按每100千克粗饲料加入用温水化开的1～2克菌种，搅拌均匀，使菌种均匀分布于粗饲料中，边翻搅，边加水，水以50℃的温水为宜。水分掌握以手握紧饲料，指缝有水珠，但不流出为宜。然后，将搅拌好的饲料，堆积或装入缸中，插入温度计，上面盖好一层干草粉，当温度上升到35～45℃时，翻动一次。最后，堆积或装缸，压实封闭1～3天，即可饲喂。

在生产上，也有将粉碎的粗饲料加入麦麸，再接种链孢霉菌，制成菌丝。

②粗饲料人工瘤胃发酵

人工瘤胃发酵是根据牛、羊瘤胃特点，模拟牛、羊瘤胃内的主要生理条件，即温度恒定在38～40℃，pH控制在6～8的厌氧环境，保证必要的氮、碳和矿物质营养。采用人工仿生制作，使粗饲料质地明显呈“软”“黏”“烂”，汁液增多，具有膻、臭味。

用生物学法处理粗饲料后，营养价值得到提高，也有利于饲料的消化利用，因此，有条件的地区或养殖场可采用此法。

玉米秸杆的酶水解糖化

李俊英 张桂 陈学武 苗芳 侯建革

玉米秸杆的酶水解糖化

摘要：玉米秸杆属植物纤维废料，研究玉米秸杆酶水解糖化的目的在于寻求一条玉米秸杆的合理利用新途径，加工成食品、燃料、化工产品等，具有较好的发展前途。从玉米秸杆的化学结构出发，阐述玉米秸杆酶水解、糖化的机理及研究概况，玉米秸杆所含成分复杂，需要经过预处理，破坏其结晶性，提高水解性能，从而得以很好利用，具有重要的现实意义。

关键词：玉米秸杆；酶水解；糖化

1 玉米秸杆的化学组分

玉米秸杆的主要成分是纤维素、半纤维素、木质素、粗蛋白和水等。

1.1 纤维素

玉米秸杆纤维素结构单元是由β-D葡萄糖基1，4-糖苷键联结而成的线性高分子化合物。每个纤维素分子由800--1200个葡萄糖分子组成，据戈林(D.A.J.Goring)等研究，在纤维细胞中的次生壁中，微细纤维、木素、半纤维素中组分均呈不连续的层状结构，彼此粘结又互相间断。微细纤维是构成细胞壁的骨架，木素、半纤维素则是微细纤维之间的填充剂和粘结剂。纤维素分子中的葡萄糖(和其它糖)残基的多少，或者称之为聚合程度的高低，因植物种属不同、时空和空间关系的变化而有变异。玉米秸杆纤维素属于次生壁一类的纤维素分子，其平均聚合度为1000左右。其中大约30到100个纤维素分子“并肩”排列，在分子内和分子间氢键作用下，形成结晶的(crystalline)或类结晶的(paracrystalline)微纤丝。微纤丝的结晶区即β-1，4葡聚糖区，而中央的非结晶区则可能是甘露糖或木糖的存在部位，非结晶的或结晶程度差的表面区包围着中央的结晶核(Crystal nucleus)〔2，3〕。从以上分析，纤维素类分子相互间以特定化学键相联系，形成牢固结构，使其难于分离。

1.2 半纤维素

半纤维素的结构单元是木糖、阿拉伯糖、葡萄糖等以及这些糖甲基化、乙酯化单位和醛酸衍生物。半纤维素的分子量较低，聚合度小于200，且分子往往带有支链。不同来源的半纤维素各种结构单元比例不同，但木糖是玉米秸杆的主要糖、其次是阿拉伯糖。其中木糖间以β-1，4糖苷键连接，分支度较高。

1.3 木素

木素是一种天然的高分子聚合物。是由苯丙基丙烷单元通过醚键和碳-碳键联接而成、具有三维结构的芳香族高分子化合物。玉米秸杆的木素含量为19%-23%。木素中含碳量达60%-66%，含氢5%-6.5%。木素含碳量高，含氢量低，玉米秸杆木素的分子量低，降低了木素的化学稳定性，使玉米秸杆较易蒸煮。

玉米秸杆中组分除含以上物质外，尚含有粗蛋白、灰分、水等等。

2 玉米秸杆的预处理

正是由于玉米秸杆组成成分复杂、稳定，使得其生物降解难于迅速进行。生物工作者从土壤、有病害的植物、牛胃、牛粪等分离筛选活力高的微生物，但至今也未找到能迅速降解的微生物；有人利用基因工程制造可迅速降解纤维素的菌种，也未获得工业应用。依据波尔屯克模型，在纤维素的微小构成单位周围被半纤维素，其次是木质素层的鞘所包围。木质素虽对纤维素分解物质(如酶等)反应没有阻碍作用，但它阻止纤维素分解物对纤维素的作用，因此人们不得不借助化学的、物理的方法来进行预处理，使纤维素与木质素、半纤维素等分离开；使纤维素内部氢键打开，使结晶纤维素成为无定型纤维素，以及进一步打断部分β-1，4糖苷键，降低聚合度。经预处理后，有的纤维素的酶法降解速率甚至可与淀粉水解比拟，所以尽管预处理会增加成本，但目前仍是必不可少的措施。下面我们针对预处理方法的优劣逐一进行讨论。

2.1 物理法〔4〕

包括球磨、压缩球磨、爆破粉碎、冷冻粉碎、ν-射线、声波、电子射线等，均可使纤维素粉化、软化，提高纤维素的酶解转化率。该方法有如下特点：

2.1.1 在一般条件下，作用不明显。如球磨粉碎纤维素后，酶解率随纤维素的颗粒变小而略有上升；对于电子辐射，在0～100Mrad，只是引起纤维素聚合度的下降，分子量从5.98×105下降到9×103，只有大于100Mrad后，半纤维素和木素的结合层才受影响，而且羟基和羰基受破坏最大，结晶度下降。

2.1.2 预处理成本较高。应用球磨48h，才可达到270目左右的细度；电子射线和ν-射线均需高能射流发生仪，设备成本高、能耗大，约占糖化总能耗的50%～60%。

2.1.3 处理后的粉末纤维素物质没有胀润性，体积小，可以提高基质浓度，得到较高糖浓度的糖化液。

2.1.4 将原料粉碎成极细的颗粒，一方面使其表面积大大增加，另一方面破坏其结晶性，以便在随后的糖化阶段中易于反应；而爆破粉碎可以使纤维素结合层受到破坏，提高对酶作用的敏感性，大大提高可及度。例如经高温作用下，半纤维素发生自水解作用而可熔化，木质素也发生部分降解，变得易被有机溶剂或稀碱抽提 ，此时突然减压爆破，则破坏了植物纤维的细胞结构，使纤维素酶水解糖化率提高。

总之，经过物理方法处理过的玉米秸杆，增加了酶对纤维素的亲和性，还原糖得率明显提高。

2.2 化学法

化学预处理方法有无机酸、碱、有机溶剂等方法。其机理主要是有效破坏粗纤维之间的化学结构，便于粗纤维物质的分解和释放，从而增加其可消化性。它有以下特点：

2.2.1 用高浓度的无机酸处理玉米秸杆，有较好的效果，可大大提高物料的酶水解率，但是半纤维素被水解成戊糖，其它产物多种多样，如纤维糊精、纤维二糖、葡萄糖、葡聚糖等，产品得率较低，不可以被酵母消化利用。腐蚀性强，需要耐酸设备，成本高，并引起所得葡萄糖的分解和复合反应，降低了产品的纯度和得率，改用稀酸进行处理，所得物料几乎全部被水解成葡萄糖。但该方法存在着试剂回收、中和、洗涤等问题。

2.2.2 用碱法进行预处理，使纤维素及半纤维素损失较大，收率只有50%，故应用起来也较为困难。

2.2.3 有机溶剂预处理效果较好，并且易于回收，但存在着腐蚀及毒性等问题的限制。由于造成环境污染，成为阻碍其大规模应用于预处理的主要原因。

从总体看来，有机溶剂预处理有一定的发展前景，但必须寻找无毒替代物。

2.3 物理-化学法

该方法就是将物理法与化学法有机结合，扬长避短，例如首先于试样中加入化学试剂，然后运用汽爆法处理样品；或者原料经物理法处理后，再经化学法反应，这样处理后的可消化性能够达到较高的水平。

2.4 生物法

纤维素类物质含木质素、纤维素和半纤维素，纤维素有效酶解受木质素的空间障碍和纤维素本身的结晶度和聚合度的阻碍，在一些方面有独特之处，同时也存在困难之处。纤维素分子与酶的有效接触、酶用量、时间都是重要的影响因素，并且随着糖浓度的增加，水解速度变慢，因此常采用流加方法加以解决，生物法的预处理显示了独特的优势，污染少，但玉米秸杆所含成分复杂，为了提高葡萄糖得率，在酶的选择上必须十分慎重，除了注意酶系外，在酶催化水解时还有添加各种激活剂或其它物质的做法，该实验还有待研究。

3 酶水解糖化过程

3.1 纤维素的糖化〔5〕

经过预处理的纤维素常常通过酸法或酶法来糖化。Goldstein等应用两种抗酸膜(20%HCl，60%H2SO4)，将纤维素物质酸解物中的糖和酸分离，一方面获得由纤维素降解产生的糖；另一方面可回收试剂。生产成本亦不是很高。纤维素酶法糖化中，生成纤维素降解酶系的微生物种类很多，它们分布很广，但大量分泌纤维素酶而又便于提取的微生物种类不多，目前常用的菌种多来自木霉属、曲霉属和青霉属。现以承认纤维素的降解需要一系列酶的共同作用才能完成，这些酶包括：内切β-1，4葡聚糖酶，外切β-1，4葡聚糖酶和β-1，4葡聚糖酶，这三种酶协同作用，缺一不可。酶水解纤维素历程分三步进行，内切葡聚糖酶杂乱地水解纤维素底物分子的糖苷键，生成小的葡聚糖；外切葡聚糖酶从其链端将其水解生成纤维二糖和其它更小分子的低聚糖；β-葡萄糖苷酶水解纤维二糖成为葡萄糖。纤维二糖的积累对于内切和外切葡聚糖酶的催化作用有抑制的影响，将其水解成葡萄糖，对降低此影响是有利的。葡萄糖的积累对于β-葡萄糖苷酶的催化也有一定的抑制影响。但一个突出问题是酶的利用率较低，提高酶的利用率是关系到工业化生产、降低成本的关键。

3.2 半纤维素的糖化

半纤维素作为玉米秸杆的重要组分，生成半纤维素降解酶系的微生物种类也很多，其降解机理与纤维素酶相比，半纤维素酶的研究落后一些，未知的东西更多，木聚糖分子比纤维素分子具有结构多样和组分复杂性等特点，因而其降解难度更大。水解木聚糖分子的酶则主要由β-1，4-木聚糖和β-木糖苷酶构成，前者从木聚糖分子内水解木聚糖苷键，形成寡聚木糖乃至木二糖和木糖，后者则从前者水解物末端释放出木糖分子，且具有木二糖水解能力。多组分或多同工酶是木聚糖酶的一个普遍特征，此外，木聚糖的完全水解还需其它支链分解酶的参加，如乙酯酶、阿拉伯糖苷酶、葡萄糖苷酶、葡萄糖醛酸酶等。使糖化产生的糖类进一步降解生成糠醛等物质，并且所生成戊糖不宜被酵母发酵利用，美国普渡大学“再生资源实验室”(LORRE)研究成功用D-木糖异构酶将木糖异构成木酮糖，再被酵母利用的新途径。