簡介

秸稈是一種豐富且廉價的可再生資源，主要成分包括纖維素、半纖維素和木質(zhì)素。隨著全球?qū)稍偕茉春途G色化學(xué)品需求的增加，秸稈作為生物質(zhì)資源的利用越來越受到關(guān)注。通過微生物發(fā)酵技術(shù)，秸稈中的纖維素和半纖維素可以轉(zhuǎn)化為糖液，進一步用于生產(chǎn)生物燃料、生物塑料等。這一過程不僅能有效利用農(nóng)業(yè)廢棄物，還能減少環(huán)境污染，具有重要的生態(tài)和經(jīng)濟意義。

工業(yè)利用秸稈類物質(zhì)的主要步驟

1、預(yù)處理

在微生物發(fā)酵之前，秸稈需要經(jīng)過預(yù)處理。預(yù)處理的目的是打破秸稈的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，使纖維素和半纖維素暴露出來，更易于后續(xù)的微生物降解。

常見的預(yù)處理方法有以下幾種：

1. 物理預(yù)處理：通過機械粉碎、蒸汽爆破等方法增加秸稈的表面積，破壞其結(jié)構(gòu)

2. 化學(xué)預(yù)處理：使用酸、堿或其他化學(xué)試劑處理秸稈，溶解部分木質(zhì)素，增加纖維素的可及性

3. 生物預(yù)處理：利用特定的微生物或酶來降解秸稈中的木質(zhì)素和半纖維素，增強纖維素的可發(fā)酵性

2、發(fā)酵

預(yù)處理后的秸稈將被送入發(fā)酵罐中，與特定的微生物（如酵母菌、乳酸菌或細(xì)菌）混合。微生物在適宜的溫度、pH值和營養(yǎng)條件下，分泌酶類分解纖維素和半纖維素，產(chǎn)生單糖（如葡萄糖、木糖等）。這個過程稱為酶解發(fā)酵。為了提高效率，發(fā)酵過程常常在厭氧條件下進行，并定期監(jiān)測和調(diào)節(jié)發(fā)酵環(huán)境。

3、提取和純化

發(fā)酵結(jié)束后，生成的糖液需要從發(fā)酵液中提取出來。

常用的提取和純化方法包括：

1. 過濾：通過物理過濾將固體殘渣與糖液分離

2. 離心：利用離心力分離發(fā)酵液中的固體和液體部分

3. 膜分離：使用半透膜進行精細(xì)分離，去除雜質(zhì)，提高糖液的純度

4、后處理

提取出的糖液可直接用于生產(chǎn)生物燃料（如乙醇）或進一步加工成其他化學(xué)品。后處理步驟可能包括濃縮、蒸發(fā)和干燥等，以滿足不同應(yīng)用的需求。

相關(guān)儀器

在發(fā)酵結(jié)束后進行提取純化，一方面是為了提高產(chǎn)品的純度，另一方面也是要延長產(chǎn)品的保質(zhì)期，通常在純化前后要對產(chǎn)品中的各個有效組分進行檢測，對于大規(guī)模生產(chǎn)的企業(yè)來說，其日常分析肯定是一項非常繁重的任務(wù)。而近紅外分析技術(shù)就能很好的幫助使用者快速無損地檢測產(chǎn)品中多個組分的含量。

下面介紹的一則實例就是使用步琦旁線近紅外 ProxiMate 分析糖液中的四種組分。

實驗內(nèi)容

27 個濃縮糖液樣品使用 ProxiMate 測量其近紅外光譜，液相色譜分析其 A、B、C、D 四種糖分的含量，測得的光譜如下圖所示：

對 A、B、C、D 四種成分建模的結(jié)果如下表所示：

糖液樣品四種指標(biāo)模型評價表：

建模后使用 8 個外部樣品進行驗證，近紅外預(yù)測結(jié)果和色譜分析結(jié)果如下：

外部獨立驗證近紅外與色譜結(jié)果對比誤差表：

從上述驗證結(jié)果不難看出，ProxiMate 對糖液四種組分的建模預(yù)測效果良好，說明近紅外可以對秸稈糖液進行快速分析。

實驗結(jié)論

上述案例中使用的是 BUCHI 的 ProxiMate 近紅外光譜儀，具有 IP69 的高防護等級及 FDA 認(rèn)證的外殼設(shè)計，能夠勝任各種復(fù)雜條件下的測量工作，固定陣列光柵也無懼振動環(huán)境的干擾，上下兩種照射方式及各式檢測附件能夠滿足多種樣品狀態(tài)的測量需求。