麥草秸稈Na_2SO_3預處理對纖維酶水解的促進作用

【摘要】：本實驗利用麥草秸稈纖維原料,于1.2、1.4h保溫時間和Na2S O3用量分別為4%~14%的條件下進行預處理,研究N a2SO3預處理對麥草秸稈化學成分、酶水解和發(fā)酵產(chǎn)乙醇的影響。預處理條件為155℃,保溫時間1.2h、1.4h,Na2S O3用量為4%~14%。隨著保溫時間和Na2S O3用量的增大,麥草秸稈纖維原料的得率下降,木質(zhì)素移除程度增大,葡聚糖和木聚糖有一定的損失,木聚糖比葡聚糖的損失更大。酶水解在50℃,底物濃度5%,轉(zhuǎn)速150r/min條件下進行,采用155℃,保溫時間1.2h、1.4h,Na2S O3用量為4%~14%下處理的麥草秸稈纖維原料,酶用量為15FPU/g纖維素提高至20FPU/g纖維素時,酶水解糖得率有一定的提高,但是增幅沒有Na2S O3用量增大對酶水解糖得率的影響明顯。得到最適預處理條件為155℃,Na2S O3用量12%。在纖維素酶用量15FPU/g纖維素時酶水解,此時得到葡聚糖、木聚糖、總糖酶水解糖得率為47.5%、37.4%和44.3%。未經(jīng)處理及預處理后麥草秸稈纖維原料的SEM電鏡掃描顯示:處理后的麥草秸稈纖維原料較未經(jīng)處理的松散、柔性強;且隨著處理程度的增大,秸稈纖維原料變得疏松、柔軟且多孔。紅外光譜圖顯示:處理后的秸稈較之前未處理的氫鍵作用減小,結(jié)晶區(qū)減少;且隨著處理程度的增大,共軛羰基及苯環(huán)共軛振動減小,木質(zhì)素的移除率增加。在15FPU/g纖維素纖維素酶用量下,添加β-葡萄糖苷酶、木聚糖酶優(yōu)化酶水解進程,當β-葡萄糖苷酶的添加量為12IU/g纖維素時,木聚糖酶添加量達到30 IU/g纖維素時,葡聚糖、木聚糖、總糖酶水解得率達到最大,分別為7 4.7%、85.2%、7 3.9%。利用不同初始酵母濃度樹干畢赤酵母進行發(fā)酵,隨著初始酵母量的增加,達到乙醇質(zhì)量濃度最高值所需的發(fā)酵時間縮短。在初始酵母量為15g/L時,16h時得到最高乙醇濃度,此時乙醇濃度為7.14g/L,糖利用率為73.9%,乙醇得率為63.4%。此時,發(fā)酵體系中甲酸、乙酸、糠醛、木糖醇及甘油質(zhì)量濃度分別為0.28 g/L、0.3 0 g/L、1.06 g/L、0.4 7 g/L及0.03 g/L。 【關(guān)鍵詞】：亞硫酸鈉預處理 麥草秸稈 纖維素酶 酶水解 乙醇發(fā)酵
【學位授予單位】：南京林業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TQ223.122;TQ920.1
【目錄】：

• 致謝3-4
• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 前言10-13
• 1.1 研究背景及意義10-11
• 1.2 研究內(nèi)容及目的11-12
• 1.3 主要創(chuàng)新點12-13
• 第二章 文獻綜述13-25
• 2.1 纖維原料的組成及化學成分13-15
• 2.1.1 木質(zhì)素13-14
• 2.1.2 纖維素14
• 2.1.3 半纖維素14-15
• 2.2 纖維原料的預處理15-20
• 2.2.1 化學預處理法15-18
• 2.2.1.1 堿預處理法15-16
• 2.2.1.2 酸預處理法16-17
• 2.2.1.3 亞硫酸鈉預處理法17
• 2.2.1.4 離子液體預處理法17
• 2.2.1.5 氧化預處理法17-18
• 2.2.1.6 有機溶劑預處理法18
• 2.2.2 物理預處理法18-19
• 2.2.2.1 機械粉碎預處理法18
• 2.2.2.2 水壓熱解預處理法18-19
• 2.2.2.3 微波預處理法19
• 2.2.3 物理化學預處理法19-20
• 2.2.3.1 蒸汽爆破預處理法19-20
• 2.2.3.2 氨纖維爆破預處理法20
• 2.2.4 生物預處理法20
• 2.3 纖維原料的酶水解20-21
• 2.3.1 纖維素酶21
• 2.3.2 β-葡萄糖苷酶21
• 2.3.3 木聚糖酶21
• 2.4 戊糖及己糖的乙醇發(fā)酵21-25
• 2.4.1 發(fā)酵菌種21-23
• 2.4.2 己糖發(fā)酵機理23
• 2.4.3 戊糖發(fā)酵機理23-24
• 2.4.4 影響發(fā)酵的因素24-25
• 第三章 麥草秸稈Na_2SO_3預處理對原料化學成分的影響25-46
• 3.1 材料與方法25-31
• 3.1.1 主要化學藥品25
• 3.1.2 材料25
• 3.1.2.1 原料的預處理25
• 3.1.2.2 酶制劑25
• 3.1.3 試劑25-26
• 3.1.3.1 檸檬酸-磷酸氫二鈉緩沖液的配制25-26
• 3.1.3.2 DNS溶液的配制26
• 3.1.3.3 對硝基苯酚標準溶液的配制26
• 3.1.3.4 標準糖溶液的配制26
• 3.1.4 分析方法26-30
• 3.1.4.1 水分含量的測定26-27
• 3.1.4.2 葡聚糖、木聚糖和木質(zhì)素含量的測定27-28
• 3.1.4.3 標準方程的測定28
• 3.1.4.4 濾紙酶活的測定28-29
• 3.1.4.5 β-葡萄糖苷酶活力的測定29
• 3.1.4.6 pH值的測定29-30
• 3.1.4.7 酶水解液中糖組分的測定30
• 3.1.5 麥草秸稈Na_2SO_3預處理對纖維酶水解的影響30-31
• 3.1.6 計算方法31
• 3.2 結(jié)果與討論31-44
• 3.2.1 麥草秸稈的主要化學成分32
• 3.2.2 麥草秸稈Na_2SO_3預處理對得率及廢液pH的影響32-34
• 3.2.3 麥草秸稈Na_2SO_3預處理對木質(zhì)素及高聚糖的影響34-38
• 3.2.4 麥草秸稈Na_2SO_3預處理后聚糖酶水解對初始原料收率的影響38-41
• 3.2.5 麥草秸稈Na_2SO_3預處理后聚糖酶水解的得率41-44
• 3.3 結(jié)論44-46
• 第四章 亞硫酸鈉預處理對麥草秸稈纖維原料結(jié)構(gòu)的影響46-51
• 4.1 儀器與方法46
• 4.1.1 主要儀器46
• 4.1.2 實驗材料46
• 4.1.3 實驗方法46
• 4.1.3.1 麥草秸稈纖維原料掃描電鏡分析46
• 4.1.3.2 麥草秸稈纖維原料紅外光譜分析46
• 4.2 結(jié)果與討論46-50
• 4.2.1 麥草秸稈Na_2SO_3預處理秸稈表層結(jié)構(gòu)的影響47-48
• 4.2.2 麥草秸稈Na_2SO_3預處理對秸稈組成成分的影響48-50
• 4.3 結(jié)論50-51
• 第五章 麥草秸稈Na_2SO_3預處理纖維酶水解的優(yōu)化51-59
• 5.1 材料與方法51-53
• 5.1.1 原料及其預處理51-52
• 5.1.2 各種酶試劑52
• 5.1.3 緩沖液的配52
• 5.1.4 分析方法52-53
• 5.1.4.1 葡聚糖及戊聚糖含量的測定52
• 5.1.4.2 酶解木糖標準方程的測定52
• 5.1.4.2 木聚糖酶活力的測定52
• 5.1.4.4 酶水解液中糖組分的測定52-53
• 5.1.4.5 酶水解液中糖組分的測定53
• 5.1.5 分析方法53
• 5.1.5.1 水分含量的測定53
• 5.1.5.2 葡聚糖、木聚糖和木質(zhì)素含量的測定53
• 5.1.5.3 酶解木糖標準方程測定53
• 5.1.5.4 木聚糖酶活力的測定53
• 5.2 結(jié)果與討論53-58
• 5.2.1 不同酶用量對Na_2SO_3預處理麥草秸稈酶水解的影響54
• 5.2.2 纖維素酶與β-葡萄糖苷酶添加配比的選擇54-56
• 5.2.3 纖維素酶與木聚糖添加配比的選擇56-58
• 5.3 結(jié)論58-59
• 第六章 酶水解液戊糖己糖的乙醇發(fā)酵59-65
• 6.1 材料與方法59-61
• 6.1.1 原料及預處理59
• 6.1.2 試劑59
• 6.1.2.1 各種酶59
• 6.1.2.2 緩沖溶液的配制59
• 6.1.2.3 DNS溶液的配制59
• 6.1.3 發(fā)酵菌種59
• 6.1.4 培養(yǎng)基59-60
• 6.1.4.1 斜面培養(yǎng)基59-60
• 6.1.4.2 活化及增值培養(yǎng)基60
• 6.1.4.3 發(fā)酵培養(yǎng)基60
• 6.1.5 實驗方法60
• 6.1.5.1 樹干畢赤酵母活化增殖培養(yǎng)60
• 6.1.5.2 間接三角瓶發(fā)酵60
• 6.1.6 分析方法60-61
• 6.1.6.1 葡萄糖、木糖含量的測定60
• 6.1.6.2 樹干畢赤酵母的測定60-61
• 6.1.6.3 發(fā)酵液中各組分的測定61
• 6.1.7 物質(zhì)計算61
• 6.2 結(jié)果與討論61-64
• 6.3 結(jié)論64-65
• 第七章 全文總結(jié)及展望65-67
• 7.1 總結(jié)65-66
• 7.2 展望66-67
• 參考文獻67-70

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