【瑞士步琦】近红外助力再循环——ProxiMate快速检测秸秆糖

简介

秸秆是一种丰富且廉价的可再生资源，主要成分包括纤维素、半纤维素和木质素。随着全球对可再生能源和绿色化学品需求的增加，秸秆作为生物质资源的利用越来越受到关注。通过微生物发酵技术，秸秆中的纤维素和半纤维素可以转化为糖液，进一步用于生产生物燃料、生物塑料等。这一过程不仅能有效利用农业废弃物，还能减少环境污染，具有重要的生态和经济意义。

工业利用秸秆类物质的主要步骤

1、预处理

在微生物发酵之前，秸秆需要经过预处理。预处理的目的是打破秸秆的复杂结构，使纤维素和半纤维素暴露出来，更易于后续的微生物降解。

常见的预处理方法有以下几种：

1. 物理预处理：通过机械粉碎、蒸汽爆破等方法增加秸秆的表面积，破坏其结构

2. 化学预处理：使用酸、碱或其他化学试剂处理秸秆，溶解部分木质素，增加纤维素的可及性

3. 生物预处理：利用特定的微生物或酶来降解秸秆中的木质素和半纤维素，增强纤维素的可发酵性

2、发酵

预处理后的秸秆将被送入发酵罐中，与特定的微生物（如酵母菌、乳酸菌或细菌）混合。微生物在适宜的温度、pH值和营养条件下，分泌酶类分解纤维素和半纤维素，产生单糖（如葡萄糖、木糖等）。这个过程称为酶解发酵。为了提高效率，发酵过程常常在厌氧条件下进行，并定期监测和调节发酵环境。

3、提取和纯化

发酵结束后，生成的糖液需要从发酵液中提取出来。

常用的提取和纯化方法包括：

1. 过滤：通过物理过滤将固体残渣与糖液分离

2. 离心：利用离心力分离发酵液中的固体和液体部分

3. 膜分离：使用半透膜进行精细分离，去除杂质，提高糖液的纯度

4、后处理

提取出的糖液可直接用于生产生物燃料（如乙醇）或进一步加工成其他化学品。后处理步骤可能包括浓缩、蒸发和干燥等，以满足不同应用的需求。

相关仪器

在发酵结束后进行提取纯化，一方面是为了提高产品的纯度，另一方面也是要延长产品的保质期，通常在纯化前后要对产品中的各个有效组分进行检测，对于大规模生产的企业来说，其日常分析肯定是一项非常繁重的任务。而近红外分析技术就能很好的帮助使用者快速无损地检测产品中多个组分的含量。

下面介绍的一则实例就是使用步琦旁线近红外 ProxiMate 分析糖液中的四种组分。

实验内容

27 个浓缩糖液样品使用 ProxiMate 测量其近红外光谱，液相色谱分析其 A、B、C、D 四种糖分的含量，测得的光谱如下图所示：

对 A、B、C、D 四种成分建模的结果如下表所示：

糖液样品四种指标模型评价表：

建模后使用 8 个外部样品进行验证，近红外预测结果和色谱分析结果如下：

外部独立验证近红外与色谱结果对比误差表：

从上述验证结果不难看出，ProxiMate 对糖液四种组分的建模预测效果良好，说明近红外可以对秸秆糖液进行快速分析。

实验结论

上述案例中使用的是 BUCHI 的 ProxiMate 近红外光谱仪，具有 IP69 的高防护等级及 FDA 认证的外壳设计，能够胜任各种复杂条件下的测量工作，固定阵列光栅也无惧振动环境的干扰，上下两种照射方式及各式检测附件能够满足多种样品状态的测量需求。