Fe-Mn-Mg離子對(duì)稻草秸稈酶解糖化的影響

【摘要】：農(nóng)作物秸稈來源豐富,價(jià)格低廉,富含纖維素和半纖維素,是生產(chǎn)燃料酒精的重要原料。燃料酒精的制備主要包括預(yù)處理、糖化、發(fā)酵和分離提純四個(gè)階段。其中,糖化工藝既是檢驗(yàn)預(yù)處理效果又是為發(fā)酵工藝提供原料的關(guān)鍵步驟。因此研究的焦點(diǎn)之一就是如何高產(chǎn)量低成本的獲得還原糖。本論文以稻草秸稈為原料,液化預(yù)處理后,在糖化過程中添加微量金屬離子,從優(yōu)化工藝參數(shù)出發(fā),以產(chǎn)糖量為表征,考察金屬離子的單獨(dú)作用和聯(lián)合作用對(duì)酶解糖化過程的影響,并探究金屬離子的作用機(jī)理。液化預(yù)處理結(jié)果表明,預(yù)處理后的稻草秸稈纖維素含量提高了20.9%,半纖維素和木質(zhì)素含量分別降低了12.3%和5.35%,電鏡掃描結(jié)果發(fā)現(xiàn)稻草秸稈預(yù)處理后結(jié)構(gòu)松散,比表面積和孔隙度都大大增加,有利于纖維素酶和液化底物充分接觸反應(yīng),提高酶解效果。在糖化過程中分別添加Mn2+和Fe2+離子,通過單因素實(shí)驗(yàn)優(yōu)化研究金屬離子添加量、酶用量、溫度和時(shí)間對(duì)酶解糖化的影響。結(jié)果表明,在相同時(shí)間條件下,產(chǎn)糖量Fe2+離子組Mn2+離子組空白組。添加Mn2+離子時(shí)酶用量從空白組的25mg/g下降為20mg/g,添加Fe2+離子酶用量和空白組一致。適宜的酶解溫度由50℃(空白)下降為40℃(Mn2+離子)和35℃(Fe2+離子)。在糖化過程中添加Mn2+和Fe2+離子能破壞纖維素的晶型結(jié)構(gòu),增加纖維素酶和液化底物的接觸面積,同時(shí)還能提高酶活性,從而提高酶解效率,減少能耗。通過單因素實(shí)驗(yàn)和正交優(yōu)化實(shí)驗(yàn)考察了Mg2+和Fe3+離子的單獨(dú)作用對(duì)酶解糖化過程的影響。結(jié)果表明,空白組的較優(yōu)工藝條件為酶用量25mg/g,溫度50℃,糖化時(shí)間60h,產(chǎn)糖量343mg/g;Mg2+離子組的較優(yōu)工藝條件為Mg2+離子添加量2mg/g,酶用量20mg/g,溫度50℃,時(shí)間96h,產(chǎn)糖量高達(dá)477mg/g;Fe3+離子組的較優(yōu)工藝條件為Fe3+離子添加量4mg/g,酶用量25mg/g,溫度40℃,時(shí)間108h,產(chǎn)糖量達(dá)到400mg/g。在較優(yōu)組合條件下,添加Mg2+和Fe3+離子產(chǎn)糖量相較于空白組分別提高了134mg/g和57mg/g。這與單因素實(shí)驗(yàn)所得結(jié)論在相同條件下產(chǎn)糖量Mg2+離子組Fe3+離子組空白組一致。探討了Mg2+和Fe3+離子聯(lián)合作用對(duì)稻草秸稈酶解糖化的影響。通過正交實(shí)驗(yàn)得到的較優(yōu)工藝是在糖化過程中添加30mg/g纖維素酶和1:2的Mg2+、Fe3+離子,在40℃的溫度條件下酶解84h,得到346mg/g還原糖。單因素結(jié)果表明Mg2+和Fe3+離子的聯(lián)合作用比各自單獨(dú)作用更有助于酶解效率的提高。 【關(guān)鍵詞】：稻草秸稈 酶解糖化 金屬離子 單獨(dú)及聯(lián)合作用
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TQ223.122;X712
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 緒論8-18
• 1.1 研究目的與意義8-9
• 1.1.1 研究意義8-9
• 1.1.2 研究目的9
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-15
• 1.2.1 概述9-12
• 1.2.2 木質(zhì)纖維素預(yù)處理12-14
• 1.2.3 糖化工藝14-15
• 1.2.4 金屬離子對(duì)糖化過程的影響15
• 1.3 論文主要研究?jī)?nèi)容及技術(shù)路線15-18
• 1.3.1 研究?jī)?nèi)容15-16
• 1.3.2 技術(shù)路線16-18
• 2 實(shí)驗(yàn)材料與方法18-26
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料與設(shè)備18-19
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)材料18
• 2.1.2 藥品配制18
• 2.1.3 實(shí)驗(yàn)主要儀器設(shè)備18-19
• 2.2 測(cè)試方法19-22
• 2.2.1 稻草秸稈中水分和灰分含量的測(cè)定19
• 2.2.2 稻草秸稈中纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的測(cè)定19-20
• 2.2.3 稻草秸稈預(yù)處理前后結(jié)構(gòu)分析20
• 2.2.4 還原糖濃度測(cè)定20-22
• 2.3 稻草秸稈預(yù)處理22-26
• 2.3.1 液化預(yù)處理技術(shù)23
• 2.3.2 稻草秸稈液化預(yù)處理23-24
• 2.3.3 預(yù)處理前后秸稈的理化指標(biāo)測(cè)定24
• 2.3.4 預(yù)處理前后秸稈形態(tài)結(jié)構(gòu)表征24-26
• 3 Mn~(2+)和Fe~(2+)離子對(duì)稻草秸稈酶解糖化的影響26-34
• 3.1 概述26
• 3.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)26-27
• 3.3 Mn~(2+)、Fe~(2+)離子的添加量對(duì)稻草秸稈糖化影響27-28
• 3.4 酶用量對(duì)稻草秸稈糖化影響28-29
• 3.5 溫度對(duì)稻草秸稈糖化影響29-30
• 3.6 酶解時(shí)間對(duì)稻草秸稈糖化影響30-32
• 3.7 本章小結(jié)32-34
• 4 Mg~(2+)和Fe~(3+)離子對(duì)稻草秸稈酶解糖化的影響34-45
• 4.1 概述34-35
• 4.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)35-36
• 4.3 影響稻草秸稈糖化的因素36-41
• 4.3.1 Mg~(2+)、Fe~(3+)離子的添加量對(duì)稻草秸稈糖化影響36-37
• 4.3.2 酶用量對(duì)稻草秸稈糖化影響37-38
• 4.3.3 溫度對(duì)稻草秸稈糖化影響38-39
• 4.3.4 時(shí)間對(duì)稻草秸稈糖化影響39-41
• 4.4 稻草秸稈糖化工藝優(yōu)化41-44
• 4.5 本章小結(jié)44-45
• 5 Mg~(2+)和Fe~(3+)離子聯(lián)合作用對(duì)稻草秸稈糖化的影響45-53
• 5.1 概述45
• 5.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)45-46
• 5.3 影響稻草秸稈糖化的因素46-50
• 5.3.1 金屬離子比例對(duì)稻草秸稈酶解糖化的影響47
• 5.3.2 酶用量對(duì)稻草秸稈酶解糖化的影響47-48
• 5.3.3 溫度對(duì)稻草秸稈酶解糖化的影響48-49
• 5.3.4 時(shí)間對(duì)稻草秸稈酶解糖化的影響49-50
• 5.4 稻草秸稈糖化工藝優(yōu)化50-51
• 5.5 本章小結(jié)51-53
• 6 結(jié)論與建議53-55
• 6.1 結(jié)論53-54
• 6.2 建議54-55
• 致謝55-57
• 參考文獻(xiàn)57-63
• 附錄63
• A. 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文63
• B. 攻讀碩士學(xué)位期間參加的科研項(xiàng)目63
• C. 攻讀碩士學(xué)位期間獲得的榮譽(yù)63

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