玉米秸稈經(jīng)離子液體預(yù)處理同步糖化發(fā)酵制乙醇

【摘要】：利用木質(zhì)纖維素原料生產(chǎn)燃料乙醇,已成為國(guó)內(nèi)外新能源的開(kāi)發(fā)熱點(diǎn)。燃料乙醇具有環(huán)境友好、可再生等優(yōu)點(diǎn),將在未來(lái)社會(huì)能源需求中扮演重要角色。秸稈是一種豐富的資源,若能用來(lái)生產(chǎn)乙醇,對(duì)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展都有重要意義。 本文以玉米秸稈為原料,采用堿法、酶法、離子液體法等預(yù)處理方法,比較其木質(zhì)素的脫出能力及對(duì)酶解糖化的作用;并研究了各種因素對(duì)同步糖化發(fā)酵(SSF)過(guò)程的影響,獲得適宜乙醇發(fā)酵生產(chǎn)工藝。 預(yù)處理結(jié)果表明:堿處理可有效地脫出木質(zhì)素,提高酶水解轉(zhuǎn)化率。秸稈在(堿濃度3%、120℃、1h)的處理?xiàng)l件下,木質(zhì)素脫出率可達(dá)91.8%,纖維素含量比未處理的原料幾乎增加了一倍;酶水解后還原糖濃度增加了三倍。漆酶法可脫出部分木質(zhì)素,但其對(duì)酶解過(guò)程有抑制作用。[BMIM]Cl能有效的溶解并再生纖維素,溫度越高溶解過(guò)程所需時(shí)間越短,且在100℃下的溶解度達(dá)到最大值,經(jīng)偏光顯微鏡觀察及紅外圖譜分析表明,離子液體處理法只引起纖維素的溶脹,及分子間氫鍵的破壞,沒(méi)有使纖維素發(fā)生衍生化反應(yīng)。經(jīng)[BMIM]Cl處理后的再生纖維素,酶解速率明顯提高,水解5h后的得糖量是未處理的3倍。 同步糖化發(fā)酵結(jié)果表明:最佳工藝條件為溫度35℃,固液比1:15,初始PH值4.8,加酶量40U/g,接種量0.025g/g,添加氮源(酵母浸膏0.3g/L、蛋白胨0.5g/L),預(yù)水解時(shí)間50℃、15h。在此條件下,乙醇濃度可達(dá)16.67g/L。經(jīng)[BMIM]Cl處理后的再生秸稈在同樣條件下高底物濃度(固液比1:6)同步糖化發(fā)酵,最終乙醇濃度可達(dá)47.73g/L,為理論值的91.3%,顯示良好的應(yīng)用前景。 【關(guān)鍵詞】：離子液體 預(yù)處理 玉米秸稈 同步糖化發(fā)酵 乙醇
【學(xué)位授予單位】：河南科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：TQ223.122
【目錄】：

• 摘要2-3
• ABSTRACT3-8
• 第1章 緒論8-19
• 1.1 國(guó)內(nèi)外生物燃料乙醇研究概況9
• 1.2 玉米秸稈類生物質(zhì)原料概述9-12
• 1.2.1 纖維素10
• 1.2.2 半纖維素10-11
• 1.2.3 木質(zhì)素11-12
• 1.3 玉米秸稈的預(yù)處理12-14
• 1.3.1 蒸汽爆破法12
• 1.3.2 稀酸處理法12-13
• 1.3.3 堿處理法13
• 1.3.4 生物處理法13-14
• 1.4 離子液體的研究概況14-15
• 1.4.1 離子液體的分類與特性14
• 1.4.2 纖維素在離子液體中的溶解14-15
• 1.4.3 離子液體中再生纖維素的特性15
• 1.5 玉米秸稈的水解15-17
• 1.5.1 稀酸水解16
• 1.5.2 酶水解16-17
• 1.6 玉米秸稈的發(fā)酵17-18
• 1.6.1 分步糖化發(fā)酵(SHF)17
• 1.6.2 非等溫同時(shí)糖化發(fā)酵法(NSSF 法)17
• 1.6.3 同步糖化發(fā)酵法(SSF)17-18
• 1.7 本論文的研究思路和主要內(nèi)容18-19
• 第2章 實(shí)驗(yàn)材料與方法19-28
• 2.1 實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備19-20
• 2.2 實(shí)驗(yàn)材料20-21
• 2.2.1 玉米秸稈原料20
• 2.2.2 酶制劑20
• 2.2.3 發(fā)酵培養(yǎng)基20
• 2.2.4 主要藥品20
• 2.2.5 主要試劑20-21
• 2.3 實(shí)驗(yàn)方法21-23
• 2.3.1 堿法預(yù)處理21-22
• 2.3.2 漆酶法預(yù)處理22
• 2.3.3 離子液體預(yù)處理22-23
• 2.3.4 酶水解23
• 2.3.5 同步糖化發(fā)酵(SSF)23
• 2.4 分析方法23-28
• 2.4.1 玉米秸稈物料成分測(cè)定23
• 2.4.2 木質(zhì)素溶出度的測(cè)定23-24
• 2.4.3 纖維素酶活力測(cè)定24
• 2.4.4 漆酶活力測(cè)定24-25
• 2.4.5 葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制25
• 2.4.6 乙醇標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制25-26
• 2.4.7 乙醇轉(zhuǎn)化率測(cè)定26
• 2.4.8 纖維素的溶解觀測(cè)26-27
• 2.4.9 玉米秸稈纖維素的FT-IR 表征27-28
• 第3章 玉米秸稈預(yù)處理工藝研究28-41
• 3.1 堿法預(yù)處理結(jié)果與分析28-31
• 3.1.1 方案設(shè)計(jì)28
• 3.1.2 成分分析結(jié)果28-29
• 3.1.3 酶水解實(shí)驗(yàn)結(jié)果29-30
• 3.1.4 正交試驗(yàn)極差分析結(jié)果30-31
• 3.2 漆酶法預(yù)處理結(jié)果與分析31-35
• 3.2.1 漆酶處理液最大吸收波長(zhǎng)的確定32
• 3.2.2 初始環(huán)境PH 對(duì)木質(zhì)素脫除的影響32-33
• 3.2.3 溫度對(duì)木質(zhì)素脫除的影響33-34
• 3.2.4 漆酶量對(duì)木質(zhì)素脫除的影響34
• 3.2.5 酶水解實(shí)驗(yàn)結(jié)果34-35
• 3.3 離子液體預(yù)處理結(jié)果與分析35-38
• 3.3.1 纖維素在離子液體中的溶解照片36
• 3.3.2 溫度對(duì)纖維素溶解度的影響36-37
• 3.3.3 溫度對(duì)纖維素溶解時(shí)間的影響37-38
• 3.3.4 酶水解實(shí)驗(yàn)結(jié)果38
• 3.4 秸稈纖維素的紅外圖譜分析38-39
• 3.5 本章小結(jié)39-41
• 第4章 玉米秸稈同步糖化發(fā)酵研究41-50
• 4.1 SSF 單因素試驗(yàn)結(jié)果與分析41-45
• 4.1.1 溫度對(duì)SSF 的影響41-42
• 4.1.2 底物濃度對(duì)SSF 的影響42
• 4.1.3 pH 值對(duì)SSF 的影響42-43
• 4.1.4 加酶量對(duì)SSF 的影響43-44
• 4.1.5 接種量對(duì)SSF 的影響44
• 4.1.6 添加氮源對(duì)SSF 的影響44-45
• 4.2 離子液體處理法SSF 結(jié)果與分析45-48
• 4.2.1 處理溫度對(duì)再生秸稈SSF 的影響46-47
• 4.2.2 處理時(shí)間對(duì)再生秸稈SSF 的影響47
• 4.2.3 發(fā)酵狀態(tài)對(duì)再生秸稈SSF 的影響47-48
• 4.3 本章小結(jié)48-50
• 第5章 結(jié)論50-52
• 參考文獻(xiàn)52-57
• 附錄 A 漆酶預(yù)處理前后秸稈失重率57-58
• 附錄 B 同步糖化發(fā)酵殘液中還原糖說(shuō)明58-59
• 致謝59-60
• 攻讀碩士學(xué)位期間的研究成果60

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