学文网纤维素水解篇1
【摘 要】纤维素水解实验是高中化学教学课程中一个十分重要的化学演示实验。该实验以其特殊的化学现象不仅能够增强学生对于化学学习的兴趣，在其背后更体现出了一些重要的化学思想。在本文中，作者从高中化学的纤维素水解实验入手，简单介绍了实验的过程，并对实验背后体现的重要化学思想进行了阐述，希望通过此文能够对广大高中生的化学学科的学习提供一定的帮助。
【关键词】纤维素；水解；化学思想
一、前言
纤维素，英文名称为cellulose，是一种由葡萄糖组成的大分子多糖，属于天然高分子化合物，是植物细胞壁的主要成分。溶解性质表现为不溶于水及一般有机溶剂。纤维素在自然界分布十分广泛，占植物界碳含量的50%以上，大量存在于木材、棉花、麻、麦秆、稻草、甘蔗渣等之中。
纤维素不溶于水和一般的化学试剂，但在特定的条件下可以发生水解生成葡萄糖，这一性质正是高中化学纤维素水解实验的基础。高中化学纤维素水解实验以滤纸为纤维素来源，以硫酸为催化剂，以一定的温度为化学反应条件，以氢氧化铜和银氨溶液为检测手段，组成了一个完整的水解+检测的化学实验。该实验因涉及到浓硫酸的稀释、氢氧化铜的变色和银镜反应的发生，可以极大地激发学生对于化学的学习兴趣，其背后所蕴含的化学思想对于学生今后在化学学科的继续学习发挥了积极地作用。
二、实验内容
1.纤维素的水解
（1）配制成20ml的浓度为70%的硫酸溶液置于50ml的玻璃烧杯中。混合过程中将浓硫酸缓慢倒入水中并且不停地搅拌，完成后，静置使其冷却。
（2）取一小块滤纸，撕碎后向小烧杯中一边加一边用玻璃棒搅拌，溶液将缓慢的变成无色透明状液体，然后将烧杯放入水浴中加热10min，直到溶液显现出棕黄色为止。
（3）将该棕黄色液体倾倒入另一盛有约20ml蒸馏水的烧杯中。取1ml混合液，注入一大试管中，加入适量的固体NaOH，直到溶液的pH值到达3-5之间，再加Na2CO3调节溶液pH值至9。
2.纤维素水解产物的检验
三、结果分析
葡萄糖的分子结构式如下***所示，在整个碳链的端部有一个醛基，使得葡萄糖有了一定的还原性，因此银镜反应和氧化亚铜实验就成了检验葡萄糖的定性试验。
纤维素的水解产物是否就是葡萄糖，这个问题就可以根据其水解产物是否能够在上面两个反应中起到作用。经过上面两个实验的现象，可以断定实验中的来源于滤纸的纤维素经过硫酸的处理发生水解，并且水解产物中存在具有还原性的葡萄糖。
四、实验思想
结构决定性质，这是化学领域的一个最基本的思想。以纤维素为例，它是一种天然的高分子材料。纤维素的形成大多在植物中进行，植物通过光合作用产生碳水化合物的糖类，这些糖类通过彼此间的脱水而形成纤维素。从葡萄糖到纤维素，结构上的变化导致了其性质上的截然不同。比如其溶解性的变化，葡萄糖在水中溶解性良好，而纤维素是不溶于水的。
纤维素的结构与性质的关系体现在下面两个方面：
1.原子排列影响物质化学性质
纤维素由葡萄糖分子间脱水形成，在脱水的过程中，葡萄糖分子中的醛基结构受到破坏，使物质的化学还原性消失，因此，直接用纤维素来还原银离子和铜离子是做不到的。从原子排列的角度来讲，组成醛基的碳氧双键易极化导致碳原子带正电性，碳氢键易断裂从而变现为一定的还原性。一旦经过脱水缩合反应，碳氢键中的氢被另一个氧原子代替，醛基变为糖苷键，而糖苷键是不具备以上还原性的。因此，原子的变化和原子结构排列的变化使得物质失去了还原性，也就是说，原子排列影响物质的化学性质。
2.分子结构影响物理性质
纤维素分子呈丝状，这是葡萄糖分子头-尾结合产生的结果。这些丝状物因为排列整齐而极易结晶，从而形成规则的晶体，往往表现为纤维状晶体，而纤维状晶体的强度较强，从宏观材料的角度来看就是纤维素材料强度较高。纤维素分子由葡萄糖分子脱水缩合而成，其脱水过程中虽然醛基结构遭到破坏，但是纤维素却完整的继承了葡萄糖分子中的羟基。这些羟基中的氢原子们可以被看做一个个裸露的质子。在这种情况下，一个氧原子连接质子很容易和另外一个氧化子相互吸引发生作用从而在分子间形成氢键。同一个纤维素分子上的两个羟基间生成的氢键被称为分子内氢键，分子内氢键使得分子的旋转难度增加，外在表现为材料刚度的较大。
能量决定化学反应能否进行，这是化学领域另一个重要的思想。化学反应与能量的关系如下面描述。
有机物分子通常是各种原子通过共价键的形式结合起来的，比如纤维素和葡萄糖都是碳氢氧三种元素组成。有机分子在反应的时候。化学键的断裂与形成是化学反应的实质。一个反应能否进行，除了物质的分子结构因素以外，一个重要的影响因素就是能量，体现在反应条件中就是反应温度。当然，某些化学反应也可以由激光、磁场、光照等代替加热完成实验。但归根结底都是为了能够达到旧键断裂和新键形成的目的。从实验中可以看到，虽然葡萄糖具有了还原性的醛基，但是在低温下仍然无法还原银离子和铜离子，只有当温度上升，达到旧键断裂的临界点，反应才能发生。了解了各种物质的特性，反应能否发生，什么温度发生，这一临界点是可以通过计算精确地算出来的，这就是化学本质和规律的体现。
五、总结
课堂演示实验对于高中化学学科而言十分重要，他不仅能够提升同学们对于化学的学习兴趣，更有利于学生对于化学思想的掌握。纤维素的水解实验是一个很基础的有机化学实验，通过此实验，不仅可以掌握一定的有机化学知识，更能从深层次了解到物质结构决定性质、化学反应条件的本质等。希望通过本篇论文，可以对广大高中化学老师和学生起到积极地作用。
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纤维素水解篇2
摘 要：通过硫酸水解和超声结合的方法，把微晶纤维素制备成纳米纤维素，采用56%的硫酸把微晶纤维素在40℃水浴水解1h，再用80%的功率超声3h，制得的纳米纤维素的固含量为1.70%，粒径分布在70nm-1500nm之间，电镜照片下呈棒状。
关键词：纳米纤维素；制备；粒径；形貌分析；性能表征
目前，纳米纤维素的原料来源众多，可通过物理、化学、生物等多种方式制成得到[1-2]，文章中纳米纤维素是采用硫酸水解微晶纤维（MCC）的方法制成，微晶纤维素的长度大于1？滋m，它是由纤维素晶须聚集成的，纤维素晶须是纤维素在经过酸解和超声处理后不定形区断裂产生的一种棒状材料，在干燥时纤维素晶须之间的氢键会相互作用使之聚集就形成了微晶纤维素[3-6]。
采用一定量的微晶纤维素缓缓放入浓度为56%的硫酸溶液中，进行热水浴处理，直到微晶纤维刚好全部水解在硫酸中，用离心机进行离心洗涤，得到的溶液装入透析袋中透析2-3天，然后使用超声波破碎仪将纤维素颗粒变小，最后冷冻干燥得到纳米纤维素固体粉末状颗粒，对得出的样品进行粒径分析与形貌分析。研究纳米纤维素的微观特征。
1 实验原料与仪器
1.1 实验原料
MCC（微晶纤维素），柱层析97%（上海金穗生物科技有限公司）；硫酸，分析纯98%（南京化学试剂有限公司）；25L蒸馏水（自制）
1.2 实验仪器
数显三用恒温水箱，HH-600（金坛市国旺实验仪器厂）；离心机，TDL-40B（上海安亭科学仪器厂）；超声破碎仪，BILON-500（上海比郎仪器有限公司）；冷冻干燥机，LGJ-10C（北京四环科学仪器厂）；激光粒度分析仪，Winer2005（济南微纳仪器有限公司）；电热恒温鼓风干燥箱，DHG-9523A（上海精宏实验设备有限公司）；热场发射扫描电子显微镜，J***-7600F（日本电子株式会社）
2 制备纳米纤维素步骤
2.1 酸处理
称取4份10gMCC，量取4份100ml的浓度为56%的浓硫酸，将MCC缓缓放入硫酸中，加入MCC的同时要不断震荡锥形瓶中的硫酸，防止MCC在里面结块，导致后面不易水解，然后进行热水浴处理，水浴温度设置为40℃，水浴时间50min-60min，直到刚好MCC全部水解。
2.2 洗涤
把酸处理后的样品用蒸馏水洗涤。把酸处理后的4瓶锥形瓶里的溶液分别均匀倒入8支离心管中，使得每瓶支离心管里溶液高度相同，然后用电子天平称取每只离心管的质量，质量相差在1g以内的两只离心管放在离心机的对角线位置，重量相差较大的可以在离心管加入适量的蒸馏水，最终使相差值都在1g以内。将离心管在离心机里的位置摆放好以后，以400r/min的转速离心3-5min，然后取出倒掉上清液，加入蒸馏水洗涤，摇晃均匀，称取重量，再离心，以此重复4-5次，直到上清液有白色悬浮，溶液不再分层为止。
2.3 透析
洗涤后的样品里还残留酸根离子，所以要把样品进行透析去除其余的酸根离子。把样品装入透析袋浸泡在蒸馏水中，每天换1-2次水，换水之前都要用PH试纸测试酸碱度，透析2-3天，直到PH试纸颜色不再发生变化。
2.4 超声
把洗涤后的样品取250ml，然后使用超声波破碎仪对其进行超声处理，以80%的功率处理3h，超声1.5s，间隙1.5s。
硫酸处理的样品再经高能超声波处理后，会变的稍微透明一些，经超声波处理后，纤维素的尺寸明显变小，本实验超声时间比较长，得到的颗粒也较小，即得到纳米级的纤维素。
2.5 冷冻干燥
把超声处理后的样品进行冷冻干燥，四环冻干机的操作步骤是，先将主机与真空泵连接，将真空泵油注入真空泵，到油面达到或略超过视镜中线；将装有物料的托盘放置于物料架上，置物料温度传感器于物料适当位置，连接好传感器接头，物料放入冷阱中，盖上冷阱盖板，打开总电源开关；打开总电源，进入浏览实验数据屏后按真空计键，液晶屏进入运行控制屏，按压缩机键，压缩机运转，物料预冻开始；预冻结束后，将放水放气阀紧，准备冻干室，按真空泵键，真空泵工作，按真空计开关，真空显示在液晶屏上，冻干机开始工作；顺时针旋转有机玻璃上的操作杆，直到三层瓶塞均被压紧为止。之后，逆时针旋转操作杆，使托盘位置复原，为下一步取出托盘做准备，最后结束后关机。
为了加速冷冻干燥过程，可在前一天把样品放在冰箱冷冻层进行冷冻，第二天直接把冻好的样品放在冷冻干燥机的真空罩内。把样品与冷冻到-30℃时再抽真空冷冻干燥，直到样品中的水份蒸发完全，最后得到纳米纤维素的粉末状固体。
3 纳米纤维素性能表征
3.1 固含量分析
固含量是***液或涂料在规定条件下烘干后剩余部分占总量的质量百分数，是不挥发份含量，本实验使用电子天平和电热恒温鼓风干燥箱测出了纳米纤维素水溶液的固含量。
3.2 粒径分析
本实验使用了Winner2005型号的激光粒度分析仪测试纳米纤维素溶液，以了解制备的NCC是否达到纳米级别。
3.3 形貌分析
本实验使用了J***-7600F型号的热场发射扫描电镜来观察纳米纤维素的微观形态。
4 结果与讨论
4.1 固含量分析
NCC在放入烘箱前的状态是白色胶体，等待水分蒸发干净后，NCC呈现的是淡黄色晶体颗粒。本实验制备的纳米纤维素溶液的固含量是1.7%，NCC的干燥后制得量本来就比较少，固含量比较低，但属于正常范围内。
4.2 激光粒度分析仪的粒径分析
实验原料是溶液状态下的纳米纤维素，分别进行了2次粒度测试，测试数据如***1和***2所示：
同一样品的粒径测试结果基本一致。测量样品浓度为1.012mol/L，平均直径是777nm，样品粒径基本小于5μm，其中小于1μm的占78.664%，***1显示了粒径的分布范围，样品的粒径大概分布在70nm-1200nm之间，高峰是800nm。测量样品浓度是0.693mol/L，平均直径是556nm，样品粒径基本小于2.554μm，其中小于1μm的占87.474%，***2显示了第二次测粒径的分布范围，大概分布在70nm-1500nm之间，高峰是900nm。
两组数据都显示了超声过后的纳米纤维素粒径基本达到纳米级别，采用硫酸水解微晶纤维法制备纳米纤维素，成功的将微晶纤维的长度降到纳米级。
4.3 热场发射扫描电子显微镜的形貌分析
如***3所示，分别是纳米纤维素在放大30000倍、50000倍、80000倍条件下的情况，热场发射扫描电镜观察样品必须是绝干的，所以样品是进行冷冻干燥后的，干燥后的纳米纤维素会发生团聚，由于纳米纤维素巨大的比表面积和丰富的表面羟基的存在，使其在干燥过程中产生分子内和分子间氢键键合[7-9]，造成干燥后的纳米纤维素不是以分散的纤维素分子形式存在，而是聚集在一起，形成交织的网状结构“纳米纸”。纳米纤维素是呈棒状形态均匀的聚集在一起。
5 结束语
（1）NCC制备过程中，采用酸处理1小时、水浴40℃，离心洗涤4-5次，转速400r/min，每次3-4min，透析2-3天，超声处理3小时可以得到符合需求的样品溶液。（2）制得NCC水溶液的固含量为1.70%。（3）冷冻干燥后NCC固体得出量低。（4）激光粒度分析仪的测试结果显示制得样品的粒径在70nm-1500nm之间。（5）热场发射扫描电子显微镜的测试结果显示干燥后的纳米纤维素在微观下呈长棒状形态，且均匀团聚在一起。
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作者简介：于成宁（1991-），男，硕士，主要从事木器涂料改性的研究。
吴燕（1979-），女，副教授，博士，主要从事家具新材料改性与加工工艺研究。
纤维素水解篇3
摘要：以小麦秸秆为底物，对不同NaOH预处理条件下小麦秸秆的纤维素酶水解效率进行了研究，考察因子包括NaOH质量分数、小麦秸秆固体含量、预处理时间，同时利用扫描电子显微镜（SEM）分析了酶水解过程中小麦秸秆的结构变化。结果表明，在NaOH质量分数为1.00%、小麦秸秆固体含量为0.050 g/mL、预处理时间为60 min时，小麦秸秆的糖化效率最高，总还原糖的产率达到86.61%，较未处理时产率提升74.60个百分点。利用最佳预处理条件下的小麦秸秆进行同步糖化发酵，其乙醇产率达到71.70%，较未处理时产率提升49.30个百分点。
关键词：小麦秸秆；糖化发酵；NaOH预处理
中***分类号：TQ353 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2013）18-4355-04
第二代生物质乙醇是利用不同的原料如木材、农业或者森林废弃物来生产，纤维素乙醇作为一种重要的可再生能源，具有能够支撑全球能源消耗20%～100%的潜力。在纤维素乙醇的生产过程中非常重要的一步就是将半纤维素和纤维素水解为单糖，目前最具发展前景的水解方法为纤维素酶水解。为了使纤维素酶能够与纤维素有效接触，需要在水解之前对木质纤维素材料进行预处理，解除木质素、半纤维素等对纤维素的保护作用，同时破坏纤维素的结晶结构，增加其比表面积[1]，从而提高纤维素的水解糖化效率。
NaOH溶液的润涨处理是发现最早、应用最广的预处理手段之一，其处理温度和压力都低于其他预处理手段[2]。NaOH预处理打开了交联木质素和木聚糖的酯键，能够部分溶解原料中的木质素、半纤维素，降低纤维素的结晶度，同时增大了木质素材料的比表面积，能够得到较高的酶解糖化率，是一种较为有效的预处理方法[3]。
本试验使用NaOH溶液对小麦秸秆进行预处理，分别研究了NaOH质量分数、小麦秸秆固体含量、预处理时间等因素对小麦秸秆纤维素酶水解过程的影响，得到了最佳的NaOH预处理条件，之后对经最佳条件预处理后的小麦秸秆进行了同步糖化发酵试验，并在电子显微镜下观察了预处理前后的秸秆结构变化，进一步明确了NaOH预处理的效果。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 原料 小麦秸秆取自太湖农村，机器收割，不含秸秆根部和麦穗。
1.1.2 酶制剂 纤维素酶购自Sigma公司，为淡黄色液体纤维素酶。
1.1.3 酵母菌 试验所用酵母为酿酒酵母BY4742， 于4 ℃下保存。
1.2 方法
1.2.1 小麦秸秆预处理 小麦秸秆粉碎后过80目筛，烘箱中55 ℃干燥，设置不同质量分数的NaOH、小麦秸秆固体含量及预处理时间，在121 ℃、0.2 MPa的条件下在高压灭菌锅中进行预处理。预处理结束后冷却至室温，加入适量的稀盐酸调节pH至中性，之后使用高速离心机进行离心并清洗3～5次。预处理后的小麦秸秆于105 ℃烘干，保存于干燥皿中备用。
1.2.2 纤维素酶水解 分别取未经预处理以及经NaOH预处理的秸秆各4.0 g，定容至100 mL，根据本课题组前期研究结果[4]，选取纤维素酶投加量为30 FPU/g秸秆，温度40 ℃，柠檬酸盐调节pH为4.8，共水解120 h，每隔24 h取样1次，离心后取上清液进行HPLC分析。
1.2.3 同步糖化发酵 根据本课题组关于同步糖化发酵条件的研究，分别取未经预处理以及最优条件下NaOH预处理后的秸秆各1.6 g，确定固体含量为0.16 g/mL，纤维素酶投加量为35 FPU/g秸秆，酵母菌浓度8 g/L，柠檬酸盐调节pH为4.0，温度设置为38 ℃，同步糖化发酵120 h，每隔24 h取样分析。
1.3 分析方法
1.3.1 小麦秸秆成分分析 小麦秸秆纤维素、半纤维素和木质素含量的测定采用NREL实验室提供的方法[5]。
1.3.2 还原糖及乙醇含量测定 样品中纤维二糖、葡萄糖、木糖、乙醇浓度采用Shimadzu高效液相色谱分析仪检测，检测器为示差折光检测器，色谱柱为Aminex HPX-87P Column。检测条件：柱温65 ℃，检测器温度60 ℃，流动相为超纯水，流速0.8 mL/min，进样量20 μL。
1.3.3 小麦秸秆结构分析 采用电镜扫描观察。样品在室温风干之后平铺于导电胶上，进行离子溅射金处理45 s，用J***-7401F场发射扫描电子显微镜观察。
1.3.4 计算公式 纤维素水解产生葡萄糖的化学方程式如方程式（1）所示，理论上，100 g纤维素水解可产生111.1 g葡萄糖。葡萄糖发酵产乙醇的化学方程式如方程式（2）所示，理论上，100 g葡萄糖发酵可产生51.1 g乙醇和48.9 g CO2。由此可知，100 g纤维素理论上可产生56.8 g乙醇。
2 结果与分析
2.1 不同NaOH预处理条件对小麦秸秆酶解效果的影响
2.1.1 NaOH对小麦秸秆酶解效果的影响 本试验首先考察了不同质量分数的NaOH预处理条件下，纤维素酶水解小麦秸秆的效果。分别以0.25%、0.50%、1.00%、2.00%和4.00%的NaOH溶液预处理已粉碎干燥的小麦秸秆，之后进行120 h的水解试验，并每隔24 h取样进行还原糖含量分析。经不同NaOH溶液预处理后小麦秸秆水解产物中还原糖情况如***1所示。预处理过的小麦秸秆经过酶解后，主要产生了纤维二糖、葡萄糖、木糖3种还原糖，由***1可以看出，随预处理NaOH质量分数的增加，酶解液的还原糖含量逐渐升高，其产量均在NaOH质量分数为1.00%时达到最高，其中葡萄糖含量在酶水解48 h时达到最高，为14.13 g/L。之后NaOH质量分数继续增大时，还原糖产量开始下降，可能因为在预处理过程中NaOH溶解半纤维素和木质素的同时也水解了部分纤维素，还原糖进入了液相，在进行固液分离时损失[6-8]。
2.1.2 固体含量对小麦秸秆酶解效果的影响 本试验设置预处理时的小麦秸秆固体含量分别为0.025、0.050、0.100、0.150和0.200 g/mL，采用在“2.1.1”方法中确定的NaOH预处理最佳质量分数1.00%对小麦秸秆进行预处理，之后进行120 h的酶解试验，每24 h取样测定其还原糖含量。不同固体含量下NaOH预处理产物中还原糖含量如***2所示。由***2可见，预处理过程中在小麦秸秆固体含量提高到0.050 g/mL时，酶解液中的3种还原糖含量均达到最高。其中葡萄糖在纤维素酶水解48 h时其浓度达到最大值14.13 g/L。之后固体含量继续增大时，其还原糖产量下降。分析其原因可能是预处理过程中固体含量对预处理强度产生影响，固体含量过高时，因NaOH溶液的量相对减少，难以与秸秆充分接触，从而影响了预处理效果[9，10]。
2.1.3 预处理时间对小麦秸秆酶解效果的影响 本试验设置预处理时间分别为15、30、50、60和90 min，采用“2.1.1”方法得到的预处理最佳NaOH质量分数1.00%和“2.1.2”方法得到的最佳固体含量0.050 g/mL对小麦秸秆进行预处理，之后进行120 h酶解，每隔24 h取样测定其还原糖产量。不同预处理时间下3种还原糖的产量如***3所示。
由***3可见，随着预处理时间的增加，小麦秸秆酶解液3种还原糖含量在60 min时达到最大。其中葡萄糖浓度在酶水解24 h后达到最大值15.30 g/L。预处理50 min以上时，NaOH溶液对木质素和半纤维素的溶解基本完成，纤维素充分暴露出来，预处理时间增加到60、90 min时，酶解产生还原糖的浓度变化不大，考虑到增加预处理时间会显著增加能耗，故将60 min确定为最佳预处理时间。
2.2 NaOH预处理对小麦秸秆酶解效果的影响
通过上述试验可以得到NaOH预处理小麦秸秆的最佳条件为NaOH质量分数1.00%，小麦秸秆固体含量0.050 g/mL，预处理时间60 min。将经过预处理的小麦秸秆残渣酶解120 h，其反应进程见***4。
由***4可知，在最佳预处理条件下，酶解24 h时，酶解液总还原糖产量达到最大，为34.65 g/L，其产率为86.61%。而未经预处理的小麦秸秆在酶解刚开始时总还原糖产量便开始下降，最高仅为4.80 g/L，其产率仅为12.01%。最佳预处理条件下的总还原糖产率也明显高于常规的稀碱预处理的总还原糖产率[3]。这是因为NaOH预处理对半纤维素和木质素均有较好的去除效果，解除了木质素和半纤维素对纤维素的保护作用，同时破坏纤维素大分子之间的结晶结构，增大了小麦秸秆的比表面积，改善了底物与纤维素酶的接触效果，同时也有效减少了木质素对纤维素酶的特异性吸附，使纤维素酶可以充分作用于底物，有效提高了小麦秸秆的酶解效果[11，12]。
2.3 小麦秸秆成分分析
使用NREL实验室的方法分别测定未经NaOH预处理的小麦秸秆与经过最优条件预处理过的小麦秸秆成分，结果如表1所示。由表1可见，小麦秸秆在经过了最优条件预处理后，木质素的含量由25.73%降低至11.75%，同时纤维素的含量由39.31%升高至58.84%。表明NaOH能够提高纤维素在底物中所占比例，同时降低木质素等所占比例[13]，有利于后续酶解进程。
2.4 同步糖化发酵结果
未经NaOH预处理的小麦秸秆与经过最佳条件预处理的小麦秸秆经同步糖化发酵后上清液成分如表2所示。
由表2可见，未经NaOH预处理的小麦秸秆由于结晶以及木质结构的保护，酶解过程受到抑制，进而影响了酵母菌对还原糖的发酵。而经过最佳NaOH预处理条件处理后，乙醇的产量大幅上升，由处理前的7.98 g/L上升到38.32 g/L，乙醇产率由22.40%上升至71.70%，无法被酵母菌利用的木糖含量也由处理前的0.80 g/L上升到了12.94 g/L。
由此可见，NaOH预处理不仅能够有效去除木质素，而且基本不影响纤维素[14]，纤维素可以进一步水解并发酵产生乙醇，NaOH预处理是一种高效的木质纤维素产乙醇的预处理方法。
2.5 NaOH预处理前后小麦秸秆结构分析
小麦秸秆粉末在NaOH溶液质量分数为1.00%、固体含量0.050 g/mL、121 ℃、0.2 MPa的条件下预处理60 min，恢复至室温干燥后备用。同时准备一份未经预处理的小麦秸秆粉末，干燥后备用。样品平铺在导电胶上，喷金45 s后用扫描电镜观察，其SEM结果如***5所示。
由***5可见，未经NaOH预处理的小麦秸秆表面光滑，纤维排列比较整齐，没有明显的破损和孔隙，结构致密。经过NaOH预处理后的小麦秸秆的半纤维素、纤维素和木质素的部分结构遭到破坏、分离，纤维和纤维束出现卷曲和折叠，变得柔软疏松，排列凌乱；秸秆表面由预处理前的致密变得疏松，有序排列变得杂乱无章；原来光滑的表面上出现了片状的物质，这可能是溶出的半纤维素和木质素[15]。经过预处理的小麦秸秆的比表面积大大增加，这更有利于纤维素酶的吸附，有利于水解，从而提高了酶水解液中还原糖的得率。
3 结论
1）NaOH预处理小麦秸秆的最佳条件为：NaOH质量分数1.00%，小麦秸秆固体含量0.050 g/mL，预处理时间60 min。
2）经过NaOH预处理的小麦秸秆水解液还原糖得率可提升74.60个百分点。
3）通过SEM观察发现，经过NaOH预处理后，秸秆表面变得粗糙，有利于纤维素酶的吸附及进一步水解。
4）经过最佳条件NaOH预处理的小麦秸秆进行同步糖化发酵其乙醇产率提高了49.30个百分点。
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