玉米秸稈纖維素提純工藝及還原糖酶解實(shí)驗(yàn)研究

【摘要】：本文以玉米秸稈為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，對(duì)粉碎后的玉米秸稈進(jìn)行硝酸處理。通過單因素試驗(yàn)研究，并根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，根據(jù)正交試驗(yàn)得出的酸處理最佳工藝為：反應(yīng)時(shí)間110min、液固比8、反應(yīng)溫度95℃、硝酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.5%。在此條件下，玉米秸稈中各成分的含量為：纖維素63.03%、半纖維素5.91%、木質(zhì)素13.67%。硝酸優(yōu)化處理前后的玉米秸稈掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，處理后的秸稈和處理前秸稈相比其纖維素束結(jié)構(gòu)不完整，表面呈現(xiàn)出較多溝壑及塊狀碎屑，細(xì)纖維化十分明顯。 對(duì)經(jīng)過硝酸優(yōu)化處理后玉米秸稈再進(jìn)行氫氧化鈉處理，通過單因素試驗(yàn)研究，并根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，根據(jù)正交試驗(yàn)得出的堿處理最佳工藝為：反應(yīng)時(shí)間90min、液固比9、反應(yīng)溫度90℃、氫氧化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%。在此條件下，玉米秸稈中各成分的含量為：纖維素89.37%、半纖維素3.61%、木質(zhì)素2.67%。紅外光譜分析各成分特征峰發(fā)現(xiàn)很大的變化，其中半纖維素和木質(zhì)素特征峰發(fā)生了很明顯的變化，而纖維素特征峰只是稍有變化；掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，堿優(yōu)化處理后，秸稈纖維束表面變得更加疏松多孔，幾乎看不到原來的束狀結(jié)構(gòu)；X射線衍射分析發(fā)現(xiàn)，粉碎后秸稈原料的結(jié)晶度為28.14%，堿優(yōu)化處理之后結(jié)晶度為63.07%，比處理前升高了124.13%。秸稈成分分析實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過酸堿聯(lián)合純化處理后，秸稈中纖維素含量較純化前提高了128.28%，半纖維素含量較純化前減少了87.81%，木質(zhì)素含量較純化前減少了68.36%。 對(duì)酸堿聯(lián)合處理純化后的玉米秸稈纖維素進(jìn)行了酶解產(chǎn)還原糖實(shí)驗(yàn)，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)“中心組合設(shè)計(jì)（CCD）”設(shè)計(jì)多因素試驗(yàn)，利用Design-Expert軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，以還原糖產(chǎn)率為響應(yīng)值，建立回歸模型對(duì)酶解條件進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化后的最佳酶解條件為：反應(yīng)時(shí)間44.0h、液固比為22.0、酶濃度為54.5U/g秸稈、pH為4.5、溫度為47℃，在此條件下還原糖產(chǎn)率為85.95%；在優(yōu)化條件下酶解后的玉米秸稈掃描圖像顯示，秸稈中的纖維素基本被酶解完全。 【關(guān)鍵詞】：玉米秸稈 酸處理 堿處理 酶解 還原糖產(chǎn)率
【學(xué)位授予單位】：沈陽航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TQ914.3;TQ352
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-14
• 第1章 緒論14-25
• 1.1 開發(fā)利用纖維素生物質(zhì)的意義14
• 1.2 生物質(zhì)乙醇產(chǎn)業(yè)在國內(nèi)外的發(fā)展概狀14-16
• 1.2.1 國外生物質(zhì)乙醇發(fā)展概況14-16
• 1.2.2 國內(nèi)生物質(zhì)乙醇發(fā)展概況16
• 1.3 纖維素生物質(zhì)16-19
• 1.4 纖維素生物質(zhì)的預(yù)處理方法19-23
• 1.4.1 物理預(yù)處理方法20-21
• 1.4.2 化學(xué)預(yù)處理方法21-22
• 1.4.3 生物預(yù)處理法22
• 1.4.4 多因子綜合預(yù)處理法22-23
• 1.5 纖維素生物質(zhì)的酶解研究23-24
• 1.6 本課題研究目的及內(nèi)容24-25
• 第2章 酸處理實(shí)驗(yàn)研究25-34
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器25-26
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)原料25
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)藥品25
• 2.1.3 實(shí)驗(yàn)儀器25-26
• 2.1.4 試劑制備26
• 2.2 試驗(yàn)方法26-27
• 2.2.1 酸處理時(shí)間對(duì)秸稈中各組分含量影響的測定26
• 2.2.2 酸處理液固比對(duì)秸稈中各組分含量影響的測定26
• 2.2.3 酸處理溫度對(duì)秸稈中各組分含量影響的測定26-27
• 2.2.4 硝酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)秸稈中各組分含量影響的測定27
• 2.2.5 酸處理正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)27
• 2.2.6 掃描電鏡（SEM）分析試驗(yàn)27
• 2.3 結(jié)果與討論27-33
• 2.3.1 酸處理時(shí)間對(duì)秸稈中各組分含量的影響27-28
• 2.3.2 酸處理液固比對(duì)秸稈中各組分含量的影響28-29
• 2.3.3 酸處理溫度對(duì)秸稈中各組分含量的影響29
• 2.3.4 硝酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)秸稈中各組分含量的影響29-30
• 2.3.5 酸處理正交試驗(yàn)30-32
• 2.3.7 掃描電鏡（SEM）分析32-33
• 2.4 本章小結(jié)33-34
• 第3章 堿處理實(shí)驗(yàn)研究34-46
• 3.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器34-35
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)原料34
• 3.1.2 實(shí)驗(yàn)藥品34
• 3.1.3 實(shí)驗(yàn)儀器34-35
• 3.1.4 試劑制備35
• 3.2 試驗(yàn)方法35-37
• 3.2.1 堿處理時(shí)間對(duì)秸稈中各組分含量影響的測定35
• 3.2.2 堿處理液固比對(duì)秸稈中各組分含量影響的測定35
• 3.2.3 堿處理溫度對(duì)秸稈中各組分含量影響的測定35-36
• 3.2.4 氫氧化鈉溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)秸稈中各組分含量影響的測定36
• 3.2.5 堿處理正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)36
• 3.2.6 紅外光譜（FTIR）分析試驗(yàn)36
• 3.2.7 掃描電鏡（SEM）分析試驗(yàn)36
• 3.2.8 X 射線衍射分析（XRD）36-37
• 3.2.9 玉米秸稈成分分析實(shí)驗(yàn)37
• 3.3 結(jié)果與討論37-45
• 3.3.1 堿處理時(shí)間對(duì)秸稈中各組分含量的影響37-38
• 3.3.2 堿處理液固比對(duì)秸稈中各組分含量的影響38
• 3.3.3 堿處理溫度對(duì)秸稈中纖維素含量的影響38-39
• 3.3.4 氫氧化鈉溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)秸稈中各組分含量的影響39
• 3.3.5 堿處理正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)39-41
• 3.3.6 紅外光譜（FTIR）分析41-42
• 3.3.7 掃描電鏡（SEM）分析42-43
• 3.3.8 X 射線衍射分析43-44
• 3.3.9 玉米秸稈成分分析44-45
• 3.4 本章小結(jié)45-46
• 第4章 酶解實(shí)驗(yàn)研究46-62
• 4.1 實(shí)驗(yàn)材料46-47
• 4.1.1 實(shí)驗(yàn)原料46
• 4.1.2 實(shí)驗(yàn)藥品46
• 4.1.3 實(shí)驗(yàn)儀器46
• 4.1.4 緩沖溶液及試劑的制備46-47
• 4.2 實(shí)驗(yàn)方法47-51
• 4.2.1 葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制47-48
• 4.2.2 酶解反應(yīng)時(shí)間對(duì)還原糖產(chǎn)率影響的測定48
• 4.2.3 酶解反應(yīng)液固比對(duì)還原糖產(chǎn)率影響的測定48
• 4.2.4 酶解反應(yīng)溫度對(duì)還原糖產(chǎn)率影響的測定48-49
• 4.2.5 酶解反應(yīng)酶濃度對(duì)還原糖產(chǎn)率影響的測定49
• 4.2.6 酶解反應(yīng)起始 pH 對(duì)還原糖產(chǎn)率影響的測定49
• 4.2.7 酶解實(shí)驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)49-51
• 4.2.8 掃描電鏡（SEM）分析實(shí)驗(yàn)51
• 4.3 結(jié)果與討論51-60
• 4.3.1 葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制51
• 4.3.2 酶解反應(yīng)時(shí)間對(duì)還原糖產(chǎn)率的影響51-52
• 4.3.3 酶解反應(yīng)液固比對(duì)還原糖產(chǎn)率的影響52-53
• 4.3.4 酶解反應(yīng)的酶濃度對(duì)還原糖產(chǎn)率的影響53-54
• 4.3.5 酶解反應(yīng)初始 pH 對(duì)還原糖產(chǎn)率的影響54
• 4.3.6 酶解反應(yīng)溫度對(duì)還原糖產(chǎn)率的影響54-55
• 4.3.7 中心組合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析55-60
• 4.3.8 掃描電鏡（SEM）分析60
• 4.4 本章小結(jié)60-62
• 結(jié)論62-64
• 本文的所做的主要工作以及所得到的主要結(jié)論總結(jié)62-63
• 對(duì)今后工作的建議63-64
• 附錄64-66
• 參考文獻(xiàn)66-69
• 致謝69-70
• 攻讀碩士期間發(fā)表（含錄用）的學(xué)術(shù)論文70

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