大腸桿菌利用水稻脆性秸稈發(fā)酵產(chǎn)乙醇的研究

【摘要】：纖維乙醇作為可替代石油資源的生物質(zhì)能源，受到了廣泛地關(guān)注。本文采用一種新型的生物質(zhì)原料——水稻脆性秸稈作研究對象來發(fā)酵產(chǎn)乙醇，試圖找到新的秸稈利用途徑。以普通秸稈作為對照，分析了普通秸稈和脆性秸稈的結(jié)構(gòu)組成，對比了兩種秸稈在酸堿預(yù)處理后還原糖及預(yù)處理副產(chǎn)物的組分差別，進(jìn)一步研究了預(yù)處理副產(chǎn)物對大腸桿菌發(fā)酵產(chǎn)乙醇的毒害，最后對脆性秸稈發(fā)酵產(chǎn)乙醇的條件和工藝進(jìn)行了優(yōu)化。 對稻脆性秸稈（編號2006C28，選育自揚(yáng)稻6號，Oryza sative.L）組分分析發(fā)現(xiàn)，相比于普通秸稈，脆性秸稈纖維素含量降低了15%，半纖維素和木質(zhì)素含量分別提高了17%和5%。采用2.0%H2SO4(w/v)處理兩種秸稈，脆性秸稈的總還原糖產(chǎn)率高出普通秸稈13%，葡萄糖和木糖產(chǎn)率分別是普通秸稈的1.38和1.06倍，阿拉伯糖產(chǎn)率則無明顯差異。主要的酸水解副產(chǎn)物除了甲酸外，兩種秸稈產(chǎn)生的乙酸、糠醛和5-羥甲基糠醛(5-HMF)無顯著差異。采用最佳酸堿預(yù)處理及酶水解條件對酸處理后材料加入纖維素酶進(jìn)行水解，結(jié)果每克脆性秸稈得到的總還原糖量為541.2±8.0mg，比普通秸稈高出41.9mg。同時脆性秸稈的葡萄糖產(chǎn)量和木糖產(chǎn)量分別高出普通秸稈的12%和24%，阿拉伯糖則無顯著差異。掃描電鏡觀察材料的表面形態(tài)結(jié)果表明，脆性秸稈細(xì)胞破壞程度更大。 進(jìn)一步探討秸稈水解副產(chǎn)物組分對Escherichia coli SZ470發(fā)酵的影響，研究結(jié)果表明1.2g/L乙酸和3.0g/L鄰苯二酚在其單獨(dú)存在時均能100%抑制Escherichia coli SZ470細(xì)胞生長；糠醛對菌體的生長抑制作用在其濃度為1.2g/L達(dá)最大。響應(yīng)面分析的結(jié)果顯示乙酸和糠醛組合對大腸桿菌的菌體生長及乙醇產(chǎn)量有顯著的協(xié)同促進(jìn)作用，而糠醛與鄰苯二酚共同存在時對乙醇得率有顯著的協(xié)同抑制作用。 利用脆性秸稈水解液發(fā)酵產(chǎn)乙醇的最優(yōu)條件是5%接種量，35℃及初始pH6.5。分步糖化發(fā)酵的結(jié)果表明脆性秸稈乙醇產(chǎn)量為12.94±0.60g/L，高出普通秸稈(10.06±0.59g/L)29%。兩種秸稈經(jīng)同步糖化發(fā)酵96h后，脆性秸稈的乙醇得率是普通秸稈的1.25倍。 【關(guān)鍵詞】：水稻脆性秸稈 稀酸秸稈水解液 乙醇發(fā)酵 有害副產(chǎn)物 大腸桿菌
【學(xué)位授予單位】：湖北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TQ223.122
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目錄7-10
• 第1章 引言10-23
• 1.1 利用木質(zhì)纖維素生物質(zhì)發(fā)酵產(chǎn)乙醇的研究背景10-20
• 1.1.1 木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的結(jié)構(gòu)及預(yù)處理10-14
• 1.1.2 木質(zhì)纖維素酸解液中抑制劑的分類及其抑制作用機(jī)理14-17
• 1.1.3 利用生物質(zhì)水解液發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的研究現(xiàn)狀17-20
• 1.2 水稻脆性秸稈的研究現(xiàn)狀20-22
• 1.2.1 水稻脆莖突變體與普通莖稈的差異20
• 1.2.2 水稻脆性秸稈的特點(diǎn)20-21
• 1.2.3 水稻脆性秸稈作為生物質(zhì)原料的特性21-22
• 1.3 本研究的主要內(nèi)容與意義22-23
• 第2章 脆性秸稈的成分及預(yù)處理23-39
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料23-24
• 2.1.1 水稻秸稈原料23
• 2.1.2 儀器23-24
• 2.1.3 試劑24
• 2.2 實(shí)驗(yàn)方法24-26
• 2.2.1 酸堿預(yù)處理24-25
• 2.2.2 纖維素酶處理25
• 2.2.3 分析方法25-26
• 2.3 結(jié)果與分析26-36
• 2.3.1 理化分析26-27
• 2.3.2 稀酸預(yù)處理27-31
• 2.3.3 石灰預(yù)處理31-33
• 2.3.4 NaOH 預(yù)處理33-34
• 2.3.5 纖維素酶處理34-36
• 2.3.6 秸稈處理前后的電鏡分析36
• 2.4 本章小結(jié)36-39
• 第3章 脆性秸稈水解液中副產(chǎn)物對 Escherichia coli SZ470 發(fā)酵的影響39-54
• 3.1 實(shí)驗(yàn)材料39-40
• 3.1.1 菌株39
• 3.1.2 培養(yǎng)基39-40
• 3.1.3 試劑40
• 3.1.4 儀器及設(shè)備40
• 3.2 實(shí)驗(yàn)方法40-42
• 3.2.1 菌種活化40
• 3.2.2 單因素考察抑制因子對 Escherichia coli SZ470 細(xì)胞生長及發(fā)酵產(chǎn)乙醇的影響40
• 3.2.3 乙酸、糠醛與鄰苯二酚對 Escherichia coli SZ470 細(xì)胞生長及產(chǎn)物積累的協(xié)同影響40-41
• 3.2.6 分析方法41-42
• 3.3 結(jié)果與分析42-53
• 3.3.1 乙酸對 E.coli SZ470 菌體生長及發(fā)酵的影響42-43
• 3.3.2 糠醛對 E.coli SZ 470 細(xì)胞生長及發(fā)酵的影響43-46
• 3.3.3 鄰苯二酚對 E.coli SZ 470 細(xì)胞生長及發(fā)酵的影響46-47
• 3.3.4 響應(yīng)面分析三種抑制因子對 E.coli SZ 470 的協(xié)同影響47-53
• 3.4 本章小結(jié)53-54
• 第4章 Escherichia coli SZ 470 利用脆性秸稈水解液發(fā)酵產(chǎn)乙醇的研究54-62
• 4.1 實(shí)驗(yàn)材料54
• 4.1.1 菌種54
• 4.1.2 材料及試劑54
• 4.1.3 實(shí)驗(yàn)儀器及設(shè)備54
• 4.2 實(shí)驗(yàn)方法54-56
• 4.2.1 秸稈稀酸水解液的制備54-55
• 4.2.2 種子的制備55
• 4.2.3 利用秸稈酸解液搖瓶發(fā)酵產(chǎn)乙醇條件的優(yōu)化55
• 4.2.4 分步糖化發(fā)酵產(chǎn)乙醇55-56
• 4.2.5 同步糖化發(fā)酵產(chǎn)乙醇56
• 4.2.6 分析方法56
• 4.3 結(jié)果與分析56-61
• 4.3.1 接種量對乙醇產(chǎn)量的影響56-57
• 4.3.2 溫度對乙醇產(chǎn)量的影響57-58
• 4.3.3 初始 pH 對乙醇產(chǎn)量影響58-59
• 4.3.4 兩種材料糖化后發(fā)酵產(chǎn)乙醇的比較59-60
• 4.3.5 兩種材料同步糖化發(fā)酵產(chǎn)乙醇的比較60-61
• 4.4 本章小結(jié)61-62
• 第5章 總結(jié)與展望62-64
• 5.1 結(jié)論62-63
• 5.2 展望63-64
• 參考文獻(xiàn)64-69
• 致謝69-70
• 附錄70

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