木薯秸稈及蓮房生物轉化產乙醇的研究

【摘要】：本論文首先對木質纖維素類原料的結構和預處理、木質纖維素類原料產燃料乙醇的工藝進行綜述,然后對木薯秸稈和蓮房的研究現狀等進行了評述。通過綜述以往相關工作,發(fā)現目前木薯秸稈和蓮房被大量堆積或者用于生產菌類,不僅能源利用度低,還可能導致環(huán)境污染,影響周圍居民生活水平。為了解決此問題,本論文由此立題,利用木薯秸稈和蓮房進行生產燃料乙醇的研究,研究內容主要分為以下兩部分：第一部分為木薯秸稈預處理及生物轉化產乙醇工藝的研究。(1)對微生物發(fā)酵木薯秸稈產糖工藝進行了初步研究。采用綠色木霉發(fā)酵降解木薯秸稈產糖,得產量1.74mg還原糖儋木薯秸稈。(2)由于第一步產量較低,故對預處理方法的進行了研究以提高還原糖產量。研究三種不同預處理工藝(常規(guī)堿、微波／堿、超聲波／堿),獲得最佳操作條件為2%NaOH微波／堿處理40min,經該工藝處理得到的底物經綠色木霉和酵母菌分步糖化發(fā)酵得還原糖產量為3.38mg還原糖/g木薯秸稈,乙醇產量為3.16mg乙醇儋木薯秸稈,同時其產糖率比未優(yōu)化的1.74 mg還原糖儋木薯秸稈增加了94.25%。(3)采用綠色木霉聯合酵母菌的分步糖化發(fā)酵工藝對木薯秸稈進行降解,并用單因素及響應面的方法進行了優(yōu)化,獲得最佳產糖工藝為：接種量4×108CFU孢子懸浮液,初始pH 4.6,溫度30℃,裝液量100 mL,轉速150r/min,時間84h,底物濃度1%(w/v),對應的還原糖產量為4.30mg還原糖/g木薯秸稈。(4)采用單因素及響應面的方法優(yōu)化了發(fā)酵木薯秸稈糖化液產乙醇的工藝,最佳產乙醇工藝為：接種4×108CFU酵母菌,初始pH5.0,溫度29℃,裝液量100 mL,轉速150r/min,時間120h,對應的乙醇產量為3.81mg/g木薯秸稈,與未用響應面優(yōu)化的3.16 mg乙醇/g木薯秸稈相比,增加了20.57%。第二部分為蓮房預處理及生物轉化產乙醇工藝的研究。(1)采用上述的三種不同的預處理方法對蓮房進行預處理,并以重量損失、處理后的化學組分及乙醇產量為指標對蓮房進行分析后得到：2%NaOH微波／堿處理30min為最佳預處理條件,并對經該工藝處理后得到的底物進行纖維素酶和酵母菌同步糖化發(fā)酵產乙醇的實驗,得產率為0.147 g乙醇儋蓮房。(2)采用同步糖化發(fā)酵工藝對蓮房進行降解,并對蓮房生物轉化產乙醇的工藝進行單因素及響應面的優(yōu)化。獲得最佳工藝為：接種量4×108CFU孢子懸浮液酵母菌,纖維素酶濃度40mg/g蓮房,頭孢拉定lmg,初始pH 4.9,溫度35℃,裝液量100mL,搖床轉速150r/min,時間48h,底物濃度1%(w/v),對應的乙醇產量為0.241 g乙醇儋蓮房,與未用響應面優(yōu)化的0.147g乙醇/g蓮房相比,增加了63.94%。 【關鍵詞】：木薯秸稈 蓮房 預處理 乙醇 生物轉化
【學位授予單位】：南昌大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：TQ223.122
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 緒論10-21
• 1.1 引言10-11
• 1.2 木質纖維素原料的結構11-13
• 1.2.1 纖維素11-12
• 1.2.2 半纖維素12
• 1.2.3 木質素12-13
• 1.3 木質纖維素原料的預處理13-16
• 1.3.1 物理法13-14
• 1.3.2 物理化學法14
• 1.3.3 生物法14-15
• 1.3.4 化學法15
• 1.3.5 聯合法15-16
• 1.4 纖維素酶及其在木質纖維素降解中的應用16-17
• 1.4.1 纖維素酶的組成及產生菌16
• 1.4.2 纖維素酶解機制16-17
• 1.5 木質纖維素生物轉化產乙醇工藝17-19
• 1.5.1 直接發(fā)酵法17
• 1.5.2 分步糖化發(fā)酵法17-18
• 1.5.3 同步糖化發(fā)酵法18
• 1.5.4 非等溫同步糖化發(fā)酵法18
• 1.5.5 同步糖化共發(fā)酵法18
• 1.5.6 固定化細胞法18-19
• 1.6 木薯秸稈的研究現狀19
• 1.7 蓮房的研究現狀19-20
• 1.8 本文研究目的及主要內容20-21
• 第2章 木薯秸稈的預處理及生物轉化產乙醇的初步研究21-32
• 2.1 材料21-23
• 2.1.1 儀器21-22
• 2.1.2 藥品22-23
• 2.1.3 原料及培養(yǎng)基23
• 2.2 方法23-25
• 2.2.1 斜面培養(yǎng)23-24
• 2.2.2 綠色木霉初步降解木薯秸稈產糖的實驗條件24
• 2.2.3 預處理24
• 2.2.4 木薯秸稈生物轉化產糖和產乙醇的培養(yǎng)條件24-25
• 2.3 結果25-31
• 2.3.1 綠色木霉初步降解木薯秸稈產糖實驗結果25-26
• 2.3.2 堿濃度及操作方法對木薯秸稈重量損失的影響26-27
• 2.3.3 堿濃度及操作方法對木薯秸稈化學組分的影響27-29
• 2.3.4 綠色木霉生物轉化木薯秸稈產糖的實驗結果29
• 2.3.5 微生物生物轉化木薯秸稈產乙醇的實驗結果29-31
• 2.4 小結31-32
• 第3章 木薯秸稈生物轉化產乙醇工藝優(yōu)化的研究32-45
• 3.1 材料32
• 3.2 方法32-34
• 3.2.1 底物的制備32
• 3.2.2 不同溫度對木薯秸稈生物轉化產糖的影響32
• 3.2.3 不同pH對木薯秸稈生物轉化產糖的影響32-33
• 3.2.4 不同接種量對木薯秸稈生物轉化產糖的影響33
• 3.2.5 木薯秸稈生物轉化產糖工藝優(yōu)化的研究33
• 3.2.6 不同溫度對木薯秸稈生物轉化產乙醇的影響33
• 3.2.7 不同pH對木薯秸稈生物轉化產乙醇的影響33-34
• 3.2.8 不同接種量對木薯秸稈生物轉化產糖的影響34
• 3.2.9 木薯秸稈生物轉化產乙醇工藝優(yōu)化的研究34
• 3.3 結果34-43
• 3.3.1 不同溫度對木薯秸稈生物轉化產糖的影響的實驗結果34-35
• 3.3.2 不同pH對木薯秸稈生物轉化產糖影響的實驗結果35
• 3.3.3 不同接種量對木薯秸稈生物轉化產糖影響的實驗結果35-36
• 3.3.4 木薯秸稈生物轉化產糖響應面優(yōu)化結果與分析36-39
• 3.3.5 不同溫度對木薯秸稈生物轉化產乙醇的影響的實驗結果39
• 3.3.6 不同pH對木薯秸稈生物轉化產乙醇影響的實驗結果39-40
• 3.3.7 不同接種量對木薯秸稈生物轉化產乙醇影響的實驗結果40
• 3.3.8 木薯秸稈生物轉化產乙醇響應面優(yōu)化結果與分析40-43
• 3.4 結論43-45
• 第4章 蓮房的預處理及生物轉化產乙醇的初步研究45-52
• 4.1 材料45-46
• 4.1.1 儀器和藥品45
• 4.1.2 原料及培養(yǎng)基45-46
• 4.2 方法46
• 4.2.1 斜面培養(yǎng)46
• 4.2.2 預處理46
• 4.2.3 蓮房生物轉化的培養(yǎng)條件46
• 4.3 實驗結果46-50
• 4.3.1 堿濃度及操作方法對蓮房重量損失的影響46-48
• 4.3.2 堿濃度及操作方法對蓮房化學組分的影響48-49
• 4.3.3 微生物生物轉化蓮房產乙醇的實驗結果49-50
• 4.4 小結50-52
• 第5章 蓮房生物轉化產乙醇工藝優(yōu)化的研究52-59
• 5.1 材料52
• 5.2 方法52-53
• 5.2.1 底物的制備52
• 5.2.2 不同酶濃度對蓮房生物轉化產乙醇的影響52
• 5.2.3 不同pH對蓮房生物轉化產乙醇的影響52-53
• 5.2.4 不同溫度對蓮房生物轉化產乙醇的影響53
• 5.2.5 蓮房生物轉化產乙醇工藝優(yōu)化的研究53
• 5.3 結果53-58
• 5.3.1 不同酶濃度對蓮房生物轉化產乙醇影響的實驗結果53-54
• 5.3.2 不同pH對蓮房生物轉化產乙醇影響的實驗結果54
• 5.3.3 不同溫度對蓮房生物轉化產乙醇影響的實驗結果54-55
• 5.3.4 蓮房生物轉化產乙醇響應面優(yōu)化結果與分析55-58
• 5.4 結論58-59
• 第6章 總結與工作展望59-62
• 6.1 總結59-61
• 6.2 工作展望61-62
• 致謝62-63
• 參考文獻63-69
• 攻讀學位期間的研究成果69

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