玉米秸稈水解發(fā)酵制乙醇過(guò)程研究

【摘要】：能源是人類(lèi)文明的先決條件,是經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和社會(huì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。發(fā)酵法生產(chǎn)的燃料乙醇作為一種可再生的清潔能源,已經(jīng)引起了世界各國(guó)的高度重視,緩解了石油資源短缺的問(wèn)題,減輕了對(duì)進(jìn)口石油的依賴(lài)程度。傳統(tǒng)的乙醇發(fā)酵工業(yè)主要以玉米、小麥等糧食淀粉或甘蔗汁為原料,但其原料成本高達(dá)總成本的40%。在我國(guó)利用甘蔗等糖料作物生產(chǎn)的燃料乙醇也將受到土地資源和原料成本的限制而無(wú)法大規(guī)模推廣。纖維質(zhì)原料是地球上最豐富、最廉價(jià)的可再生資源。采用適宜技術(shù)將它們水解成可發(fā)酵性糖,進(jìn)一步發(fā)酵生產(chǎn)乙醇,有可能改變傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式,同時(shí)也是減少環(huán)境污染一種有效方法。這樣可以避免在田間焚燒的大量秸稈帶來(lái)的大氣污染和生態(tài)環(huán)境的破壞,緩解能源危機(jī),對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展具有十分重大的意義。 纖維素水解是秸稈中的木質(zhì)纖維素生產(chǎn)乙醇過(guò)程中的關(guān)鍵一步。木質(zhì)纖維素是由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素相互連接而形成的嚴(yán)密網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。纖維素是由葡萄糖殘基通過(guò)β-1,4糖苷鍵聯(lián)接而成的線(xiàn)性長(zhǎng)鏈高分子聚合物。結(jié)晶纖維素對(duì)于水解的抵抗性很強(qiáng),同時(shí)木質(zhì)素也阻礙著水解作用,并產(chǎn)生對(duì)后續(xù)發(fā)酵有毒性的產(chǎn)物,所以去除木質(zhì)素,打開(kāi)纖維素的結(jié)晶結(jié)構(gòu)就成為了木質(zhì)纖維素水解的關(guān)鍵。 稀酸水解法是目前水解木質(zhì)纖維素最常用的方法,這種方法的水解程度較高,并且經(jīng)濟(jì)實(shí)用,也是目前研究較多的纖維素水解方法。本文通過(guò)單因素試驗(yàn)及正交試驗(yàn)確定了稀硫酸水解條件下的最佳試驗(yàn)條件為水解溫度110℃,水解時(shí)間1.5h,料液比為1：10,硫酸濃度3%。并在此最佳試驗(yàn)條件的基礎(chǔ)上添加了有機(jī)酸或金屬鹽離子來(lái)提高稀硫酸的水解效果,實(shí)驗(yàn)研究表明一些金屬鹽離子和有機(jī)酸對(duì)水解有一定的催化作用,使還原糖得率提高了6.7%,而某些鹽離子有抑制作用。采用了活性炭、有機(jī)溶劑萃取、蒸發(fā)濃縮、原位脫毒、過(guò)堿化處理等脫毒方法,脫毒后的水解液添加一定量的營(yíng)養(yǎng)鹽和氮源等后接種釀酒酵母和假絲酵母進(jìn)行混合發(fā)酵,并最終的從酒精產(chǎn)量評(píng)價(jià)脫毒效果。 從霉變的玉米秸稈上分離出了一株降解纖維素的霉菌,并對(duì)該霉菌進(jìn)行培養(yǎng)?？疾炝死w維素霉的生長(zhǎng)情況及纖維素產(chǎn)酶性能。 【關(guān)鍵詞】：玉米秸稈 稀酸水解 脫毒 混合發(fā)酵 燃料乙醇
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類(lèi)號(hào)】：TQ223.122
【目錄】：

• 摘要2-3
• Abstract3-8
• 第一章 緒論8-26
• 1.1 概述8-9
• 1.2 燃料乙醇的研究意義及發(fā)展現(xiàn)狀9-12
• 1.2.1 燃料乙醇的研究意義9
• 1.2.2 燃料乙醇的發(fā)展現(xiàn)狀9-11
• 1.2.3 秸稈發(fā)酵制乙醇的最新研究進(jìn)展及展望11-12
• 1.3 纖維質(zhì)原料的資源概況及利用12-15
• 1.3.1 纖維質(zhì)原料的資源概況12
• 1.3.2 纖維質(zhì)原料的結(jié)構(gòu)12-13
• 1.3.3 玉米秸稈簡(jiǎn)介13-15
• 1.4 纖維質(zhì)原料的預(yù)處理技術(shù)15-17
• 1.4.1 酸預(yù)處理法16
• 1.4.2 堿預(yù)處理法16
• 1.4.3 蒸汽爆破法16
• 1.4.4 濕氧化法16-17
• 1.4.5 生物處理法17
• 1.5 纖維質(zhì)原料的水解17-18
• 1.5.1 纖維質(zhì)原料的酸法水解17-18
• 1.5.2 纖維質(zhì)原料的酶水解18
• 1.6 水解液脫毒18-23
• 1.6.1 水解液中存在的抑制物19
• 1.6.2 主要抑制物對(duì)發(fā)酵的影響19-20
• 1.6.3 水液脫毒方法20-23
• 1.7 發(fā)酵工藝23-26
• 1.7.1 直接發(fā)酵法23
• 1.7.2 間接發(fā)酵法23-24
• 1.7.3 混和菌種發(fā)酵法24
• 1.7.4 同步糖化發(fā)酵(SSF法)24
• 1.7.5 非等溫同時(shí)糖化發(fā)酵法(NSSF法)24-25
• 1.7.6 固定化細(xì)胞發(fā)酵25-26
• 第二章 實(shí)驗(yàn)部分26-38
• 2.1 實(shí)驗(yàn)原料、試劑及儀器26-27
• 2.2 實(shí)驗(yàn)流程圖27-28
• 2.3 實(shí)驗(yàn)分析方法28-33
• 2.3.1 玉米秸稈成分測(cè)定28-29
• 2.3.2 還原糖的測(cè)定29-30
• 2.3.3 木糖的測(cè)定30-31
• 2.3.4 酒精的測(cè)定31-32
• 2.3.5 酶活力測(cè)定32-33
• 2.4 實(shí)驗(yàn)的方法及步驟33-38
• 2.4.1 最佳試驗(yàn)條件的確定33-34
• 2.4.2 助催化劑的促進(jìn)作用研究34
• 2.4.3 水解液的脫毒及發(fā)酵試驗(yàn)34-36
• 2.4.4 纖維素霉菌的篩選及利用36-38
• 第三章 試驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論38-48
• 3.1 玉米秸稈成分的測(cè)定38-39
• 3.2 稀酸水解的單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果39-41
• 3.2.1 溫度對(duì)玉米秸稈水解的影響39
• 3.2.2 硫酸濃度對(duì)玉米秸桿水解的影響39-40
• 3.2.3 時(shí)間對(duì)玉米秸桿水解的影響40
• 3.2.4 固液比對(duì)玉米秸桿水解的影響40-41
• 3.3 稀酸水解正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果41-42
• 3.3.1 還原糖的測(cè)定及計(jì)算41
• 3.3.2 正交實(shí)驗(yàn)直觀分析及方差分析41-42
• 3.4 助催化劑對(duì)水解的影響42-43
• 3.5 水解液的脫毒效果43-45
• 3.6 水解液的發(fā)酵試驗(yàn)結(jié)果比較45-46
• 3.7 霉菌生長(zhǎng)情況及產(chǎn)酶活性46-47
• 3.8 問(wèn)題和建議47-48
• 結(jié)論48-49
• 致謝49-50
• 參考文獻(xiàn)50-53
• 攻讀碩士學(xué)位期間研究成果53-54

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