砂輪磨預處理小麥秸稈的糖化研究

【摘要】：本實驗以不添加任何化學試劑的砂輪磨預處理制取的小麥秸稈為研究對象,研究了稀酸水解效果以及稀堿法對砂輪磨小麥秸稈中各組分含量的影響。之后用酸性纖維素酶對經砂輪磨和化學法聯(lián)合預處理過的小麥秸稈進行了酶法糖化的研究。 稀酸水解實驗發(fā)現在100-125℃的條件下,對小麥秸稈中的纖維素的水解程度不大,而80%以上的半纖維素可以被分解為單糖。纖維素轉化率一般會隨著酸濃、反應時間、反應溫度的增加而逐漸升高；半纖維素轉化率一般先隨著酸濃、反應時間、反應溫度的增加而升高,然后由于糠醛等單糖分解物的生成而出現一定程度的下降。 隨后的正交優(yōu)化實驗表明,稀鹽酸水解中各因素對原料糖化率的影響程度依次為：反應溫度固液比稀鹽酸濃度反應時間。最佳水解條件為：3%HCl,溫度120℃,時間60min,固液比為1：15。此條件下的纖維素轉化率、半纖維素轉化率以及總的糖化率分別為17.22%,96.04%,53.40%。稀硫酸水解中各因素對原料糖化率的影響程度依次為：反應溫度稀鹽酸濃度反應時間固液比。最佳水解條件為：硫酸濃度為4%,溫度為120℃,反應時間為80min,固液比為1：15。此條件下的纖維素轉化率、半纖維素轉化率以及總的糖化率分別為14.46%,94.25%,51.09%。 稀堿預處理實驗表明,稀NaOH溶液能很好的去除草漿中的木質素,同時部分半纖維素也會被去除,但是對纖維素的影響不大。其他條件保持不變時,堿液濃度對半纖維素的影響更加顯著,但為了提高小麥秸稈的利用率,應該使用低濃度的NaOH溶液來盡可能的避免半纖維素的去除；而木質素與半纖維素的去除率一般會隨著堿液中NaOH的濃度提高而逐漸上升,尤其是木質素；預處理時間對二者的去除率影響不大,大部分的半纖維素和木質素的去除集中在反應的初始階段(前2h)；稀堿預處理在100℃的條件下進行1h,83.33%的木質素以及43.41%的半纖維素即可被去除。 最后的酶水解結果表明,纖維素外層的木質素是阻礙纖維素酶發(fā)揮作用的主要因素,經過砂輪磨預處理和稀堿預處理的聯(lián)合作用,去除小麥秸稈中的大部分木質素后,極大地增強了秸稈的酶水解性。稀堿預處理后的小麥秸稈的纖維素以及半纖維素酶水解的還原糖得率與秸稈中木質素的含量成反比。在最佳條件下,通過酸性纖維素酶水解獲得的最高還原糖得率和戊糖得率分別為98.47%,98.15%,最高還原糖濃度為53.5g/l。最佳酶水解條件為：小麥秸稈堿預處理溫度為100℃,酶水解溫度為50℃,pH為4.8,酶用量為10FPIU/g底物,固液比為1：20。 【關鍵詞】：生物乙醇 酶法水解 砂輪磨預處理 堿法預處理 稀酸預水解 纖維素酶
【學位授予單位】：北京化工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：TQ353.42
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 緒論12-22
• 1.1 引言12-13
• 1.2 木質纖維素的酸水解13-14
• 1.2.1 濃酸水解13-14
• 1.2.2 稀酸水解14
• 1.3 木質纖維素的酶水解14-18
• 1.3.1 纖維素酶的作用機理14-15
• 1.3.2 木質纖維素的預處理方法15-17
• 1.3.2.1 稀酸預處理15-16
• 1.3.2.2 堿預處理16
• 1.3.2.3 蒸汽爆破預處理16-17
• 1.3.2.4 氧化預處理17
• 1.3.3 木質纖維素的酶水解17-18
• 1.4 纖維素乙醇行業(yè)的發(fā)展概況18-20
• 1.4.1 國外纖維素乙醇工業(yè)化生產概況18-19
• 1.4.2 國內纖維素乙醇工業(yè)化生產概況19-20
• 1.5 本課題的選題目的與意義20
• 1.6 本課題研究內容20-22
• 第二章 砂輪磨小麥秸稈的稀酸水解糖化22-36
• 2.1 引言22
• 2.2 儀器與試劑22
• 2.3 實驗材料22-23
• 2.4 實驗方法23-24
• 2.4.1 砂輪磨預處理小麥秸稈的稀鹽酸水解23
• 2.4.2 砂輪磨預處理小麥秸稈的稀硫酸水解23-24
• 2.5 結果與討論24-34
• 2.5.1 鹽酸濃度對砂輪磨預處理小麥秸稈水解的影響24-25
• 2.5.2 時間對砂輪磨預處理小麥秸稈稀鹽酸水解的影響25-26
• 2.5.3 溫度對砂輪磨預處理小麥秸稈稀鹽酸水解的影響26-27
• 2.5.4 固液比對砂輪磨預處理小麥秸稈稀鹽酸水解的影響27-28
• 2.5.5 砂輪磨預處理小麥秸稈的稀鹽酸水解正交實驗分析28-29
• 2.5.6 硫酸濃度對砂輪磨預處理小麥秸稈水解的影響29-30
• 2.5.7 時間對砂輪磨預處理小麥秸稈稀硫酸水解的影響30-31
• 2.5.8 溫度對砂輪磨預處理小麥秸稈稀硫酸水解的影響31-32
• 2.5.9 固液比對砂輪磨預處理小麥秸稈稀硫酸水解的影響32-33
• 2.5.10 砂輪磨預處理小麥秸稈的稀硫酸水解正交實驗分析33-34
• 2.6 小結34-36
• 第三章 砂輪磨小麥秸稈的稀堿預處理36-48
• 3.1 引言36-37
• 3.2 儀器與試劑37
• 3.3 實驗材料37
• 3.4 實驗方法37-38
• 3.4.1 砂輪磨預處理小麥秸稈的成分含量分析37
• 3.4.2 砂輪磨預處理小麥秸稈的稀堿預處理37-38
• 3.5 結果與討論38-45
• 3.5.1 稀堿預處理的NaOH濃度對砂輪磨小麥秸稈的影響38-40
• 3.5.2 稀堿預處理時間對砂輪磨小麥秸稈的影響40-41
• 3.5.3 稀堿預處理溫度對砂輪磨預處理小麥秸稈的影響41-43
• 3.5.4 砂輪磨小麥秸稈經稀堿預處理后表面結構的變化43-45
• 3.6 小結45-48
• 第四章 砂輪磨小麥秸稈的酶水解48-58
• 4.1 引言48
• 4.2 儀器與試劑48
• 4.3 實驗方法48-50
• 4.3.1 酸性纖維素酶活的測定方法48-49
• 4.3.2 不同纖維素酶用量的小麥秸稈的酶水解49
• 4.3.3 不同溫度預處理的小麥秸稈的酶水解49
• 4.3.4 不同預處理小麥秸稈濃度的酶水解效果49-50
• 4.4 結果與討論50-56
• 4.4.1 纖維素酶的用量對砂輪磨小麥秸稈酶水解效果的影響50-52
• 4.4.2 木質素含量對砂輪磨小麥秸稈酶水解效果的影響52-54
• 4.4.3 底物濃度對砂輪磨小麥秸稈酶水解效果的影響54-56
• 4.5 小結56-58
• 第五章 總結與建議58-62
• 參考文獻62-66
• 附錄66-74
• 致謝74-76
• 研究成果及發(fā)表的學術論文76-78
• 作者和導師簡介78

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