乙醇預(yù)處理對(duì)玉米秸稈主要組成化學(xué)結(jié)構(gòu)和酶解性能的影響

【摘要】：近年來,能源和環(huán)境問題越來越受到廣泛的關(guān)注,利用農(nóng)業(yè)廢料生產(chǎn)纖維乙醇既對(duì)環(huán)保做出貢獻(xiàn),又可解決能源短缺的問題,不失為未來發(fā)展清潔能源的一個(gè)方向。但是,木質(zhì)纖維原料中存在的半纖維素和木素會(huì)影響纖維乙醇生產(chǎn)中的酶解過程,極大的限制了纖維乙醇的發(fā)展。因此,有必要針對(duì)半纖維素和木素進(jìn)行深入的研究,掌握半纖維素和木素對(duì)纖維素酶解的影響,為纖維乙醇的未來發(fā)展提供理論依據(jù)。本研究選用玉米秸稈作為原材料,利用乙醇對(duì)玉米秸稈進(jìn)行預(yù)處理,預(yù)處理過程中脫除了66.62%的木素和61.30%的抽出物,此外還降解了少量纖維素和半纖維素。然后,對(duì)預(yù)處理原料和普通原料進(jìn)行半纖維素的提取和純化,結(jié)合紅外光譜、紫外光譜、液相色譜、分子量等分析,可以推斷出乙醇預(yù)處理對(duì)玉米秸稈中半纖維素性質(zhì)的影響。研究結(jié)果顯示,玉米秸稈中的半纖維素主要由木聚糖組成,其次含少量葡聚糖、阿拉伯聚糖和半乳聚糖,此外還含少量木素和糖醛酸。在乙醇預(yù)處理過程中,半纖維素中的葡萄糖最易降解,阿拉伯糖和半乳糖次之,木糖最穩(wěn)定,由于預(yù)處理?xiàng)l件較溫和,不會(huì)導(dǎo)致糖類被氧化成糖醛酸,因此糖醛酸的含量沒有較大的變化。此外,預(yù)處理過程會(huì)導(dǎo)致部分半纖維素之間的連接鍵發(fā)生斷裂,使其分子量變小。首先,研究了乙醇預(yù)處理對(duì)玉米秸稈中木素結(jié)構(gòu)的影響,對(duì)乙醇預(yù)處理前后的固料進(jìn)行磨木木素(milled wood lignin,簡(jiǎn)稱MWL)和酶解木素(cellulytic enzyme ilignin,簡(jiǎn)稱CEL)的分離,并對(duì)該木素樣品進(jìn)行紅外分析、紫外分析、分子量分析和硝基苯氧化分析。結(jié)果表明,玉米秸稈中主要含G型(愈創(chuàng)木基型)木素、S型(紫丁香基型)木素和H型(對(duì)羥苯基型)木素。在乙醇預(yù)處理過程中,SGH三種結(jié)構(gòu)的木素降解程度的大小關(guān)系為:GSH。其次,為了對(duì)預(yù)處理液中的木素進(jìn)行資源化利用,對(duì)預(yù)處理液木素進(jìn)行分級(jí)處理,并將分級(jí)后的木素作為抗氧化劑,進(jìn)行抗氧化實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明,分子量越小的木素,抗氧化性能越好,并且,木素的抗氧化性能與木素的濃度呈線性關(guān)系,濃度越高,抗氧化性能越好。最后,研究了木素對(duì)纖維素酶解的影響,分別將預(yù)處理前后的木素與纖維素酶進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn),并檢測(cè)吸附前后纖維素酶活的變化,結(jié)果表明,預(yù)處理后的木素比原料中的木素,更易吸附纖維素酶,對(duì)纖維素酶的酶活抑制作用更強(qiáng),其中對(duì)木聚糖酶活的抑制作用最強(qiáng),對(duì)外切葡聚糖酶活和內(nèi)切葡聚糖酶活的抑制作用次之,對(duì)β-葡萄糖苷酶活的抑制作用最弱。此外,蛋白含量越高的纖維素酶,越容易被木素吸附,導(dǎo)致其酶活下降的更多。 【關(guān)鍵詞】：玉米秸稈 乙醇預(yù)處理 半纖維素 木素 纖維素酶
【學(xué)位授予單位】：湖北工業(yè)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;TQ914.3
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 緒論12-20
• 1.1 纖維乙醇的發(fā)展現(xiàn)狀和動(dòng)態(tài)12-18
• 1.1.1 酸法預(yù)處理12-13
• 1.1.2 堿法預(yù)處理13-14
• 1.1.3 有機(jī)溶劑預(yù)處理14-15
• 1.1.4 蒸汽預(yù)處理15-16
• 1.1.5 微波預(yù)處理16-17
• 1.1.6 超聲波預(yù)處理17-18
• 1.2 本研究的目的及內(nèi)容18-20
• 1.2.1 本研究的目的18
• 1.2.2 本研究的主要內(nèi)容18-20
• 第2章 乙醇預(yù)處理前后玉米秸稈中半纖維素的提取及性質(zhì)研究20-31
• 2.1 引言20-21
• 2.2 實(shí)驗(yàn)21-23
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)原料、藥品及儀器21
• 2.2.2 乙醇預(yù)處理玉米秸稈21-22
• 2.2.3 半纖維素的提取及純化22
• 2.2.4 成分分析22
• 2.2.5 紅外光譜測(cè)22
• 2.2.6 紫外光譜測(cè)試22
• 2.2.7 半纖維素糖含量的測(cè)定22
• 2.2.8 半纖維素分子量的測(cè)定22-23
• 2.3 結(jié)果與討論23-30
• 2.3.1 預(yù)處理對(duì)玉米秸稈組成的影響23-24
• 2.3.2 半纖維素的組成分析24-26
• 2.3.3 半纖維素的紅外光譜分析26-28
• 2.3.4 半纖維素的紫外光譜分析28-29
• 2.3.5 半纖維素分子量測(cè)定結(jié)果分析29-30
• 2.4 本章小結(jié)30-31
• 第3章 乙醇預(yù)處理前后玉米秸稈中木素的提取及性質(zhì)研究31-40
• 3.1 引言31
• 3.2 實(shí)驗(yàn)31-34
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)原料、藥品及儀器31-32
• 3.2.2 乙醇預(yù)處理玉米秸稈32
• 3.2.3 磨木木素的提取32
• 3.2.4 酶解木素的提取32
• 3.2.5 紅外光譜測(cè)試32-33
• 3.2.6 紫外光譜測(cè)試33
• 3.2.7 硝基苯氧化及產(chǎn)物分離與定量33
• 3.2.8 木素分子量測(cè)定33-34
• 3.3 結(jié)果與討論34-39
• 3.3.1 紅外光譜測(cè)試結(jié)果與分析34-36
• 3.3.2 紫外光譜測(cè)試結(jié)果與分析36-37
• 3.3.3 硝基苯氧化結(jié)果與分析37-38
• 3.3.4 木素分子量測(cè)定結(jié)果與分析38-39
• 3.4 本章小結(jié)39-40
• 第4章 預(yù)處理液中木素的分級(jí)及抗氧化性研究40-50
• 4.1 引言40
• 4.2 實(shí)驗(yàn)40-42
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)原料、藥品及儀器40-41
• 4.2.2 從預(yù)處理液中提取木素41
• 4.2.3 木素分級(jí)41
• 4.2.4 紅外光譜測(cè)試41
• 4.2.5 紫外光譜測(cè)試41
• 4.2.6 木素分子量測(cè)定41-42
• 4.2.7 測(cè)抗氧化性42
• 4.3 結(jié)果與討論42-49
• 4.3.1 紅外光譜測(cè)試結(jié)果與分析42-44
• 4.3.2 紫外光譜測(cè)試結(jié)果與分析44-45
• 4.3.3 木素分子量測(cè)定結(jié)果與分析45-46
• 4.3.4 抗氧化性測(cè)試46-49
• 4.4 本章小結(jié)49-50
• 第5章 木素對(duì)纖維素酶活影響的初步研究50-62
• 5.1 引言50
• 5.2 實(shí)驗(yàn)50-52
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)原料、藥品及儀器50
• 5.2.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作50-51
• 5.2.3 蛋白含量的測(cè)定51
• 5.2.4 酶活力的測(cè)定51-52
• 5.2.5 吸附實(shí)驗(yàn)52
• 5.2.6 蛋白質(zhì)電泳52
• 5.3 結(jié)果與討論52-61
• 5.3.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作52-55
• 5.3.2 蛋白含量55
• 5.3.3 纖維素酶酶活55-56
• 5.3.4 木素吸附后纖維素酶酶活56-60
• 5.3.5 聚丙烯酰胺凝膠電泳測(cè)試60-61
• 5.4 本章小結(jié)61-62
• 第6章 結(jié)論62-64
• 6.1 研究的主要結(jié)論62
• 6.2 研究的創(chuàng)新之處62-64
• 參考文獻(xiàn)64-70
• 致謝70-71
• 附錄 攻讀碩士學(xué)位期間參與的科研及發(fā)表的文章71

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