農(nóng)作物秸稈木質(zhì)纖維素組分分離及高效糖化工藝研究

【摘要】： 針對(duì)二十一世紀(jì)所面臨的能源短缺危機(jī),人們正在努力尋找替代化石燃料的新能源,以降低對(duì)不可再生能源的依賴。包括林木、農(nóng)作物秸稈及農(nóng)副產(chǎn)品下腳料等在內(nèi)的纖維素原料是地球上產(chǎn)量最大的可再生資源,在自然生態(tài)系統(tǒng)的能量流與物質(zhì)循環(huán)中有重要地位,以木質(zhì)纖維素為原料制備乙醇是未來(lái)乙醇生產(chǎn)的發(fā)展方向。本文以玉米芯及四種農(nóng)作物秸稈為研究對(duì)象進(jìn)行木質(zhì)纖維素組分的分離,通過(guò)對(duì)纖維素高效糖化工藝的初步探索,獲得纖維素水解糖制備的最適條件,為可再生資源的利用提供參考依據(jù)。主要結(jié)論如下： 1通過(guò)比較次氯酸鈉法、乙醇法、堿性雙氧水法和氨水法預(yù)處理對(duì)木質(zhì)素脫除的效果可知,堿性雙氧水對(duì)玉米芯中木質(zhì)素的脫除效率最高；正交試驗(yàn)獲得堿性雙氧水脫除玉米芯木質(zhì)素的工藝條件,處理時(shí)間對(duì)玉米芯木質(zhì)素脫除率影響顯著,其主次關(guān)系為：時(shí)間雙氧水濃度堿濃度；最佳工藝條件為雙氧水濃度1.5%,堿濃度0.12 mol.L-1,處理時(shí)間6 h,木質(zhì)素脫除率達(dá)78.08%。 2以玉米秸稈、油菜秸稈、棉花秸稈和小麥秸稈為原料進(jìn)行脫木質(zhì)素的試驗(yàn),結(jié)果表明,堿濃度0.12 mol.L-1,處理時(shí)間6h時(shí),玉米秸稈在2%雙氧水浸泡后,木質(zhì)素脫除率達(dá)到最高76.18%；油菜秸稈在1%雙氧水浸泡后,木質(zhì)素脫除率達(dá)到最高68.46%；棉花秸稈在1%雙氧水浸泡后,木質(zhì)素脫除率達(dá)到最高70.09%；小麥秸稈在1.5%雙氧水浸泡后,木質(zhì)素脫除率達(dá)到最高72.25%。采用掃描電鏡觀察堿性雙氧水處理玉米芯和四種秸稈前后的細(xì)胞表面結(jié)構(gòu)顯示堿性雙氧水對(duì)秸稈木質(zhì)纖維素的結(jié)構(gòu)具有疏松作用。 3對(duì)不同原料的綜纖維素組分中的纖維素、半纖維素進(jìn)行分離,通過(guò)正交試驗(yàn)結(jié)果表明：影響纖維素含量的主次因素依次為：溫度堿濃度時(shí)間固液比。在溫度121℃,堿濃度2.5 mol·L-1,固液比1：90條件下,對(duì)玉米芯、玉米秸稈、油菜秸稈、棉花秸稈和小麥秸稈的綜纖維素分別處理30 min、20 min、20 min、40 min和30 min后,纖維素含量均可達(dá)到90%以上。4分別以玉米芯、玉米秸稈綜纖維素,油菜秸稈纖維素及其綜纖維素,棉花秸稈纖維素,小麥秸稈綜纖維素為底物,進(jìn)行綠色木霉固態(tài)發(fā)酵試驗(yàn),發(fā)酵后濾紙酶活均高于20 FPU·mL-1,是其相應(yīng)原料固態(tài)發(fā)酵后濾紙酶活的1.5至2倍。因此,以上六種物料可以作為生產(chǎn)纖維素酶的原料。 5對(duì)玉米芯低酸糖化的正交試驗(yàn)結(jié)果顯示,溫度、時(shí)間、溫度和時(shí)間交互作用對(duì)糖化率影響高度顯著,其主次關(guān)系為溫度時(shí)間溫度與時(shí)間交互作用酸濃度；在酸濃度22%,溫度121℃處理?xiàng)l件下,玉米芯纖維素、玉米秸稈纖維素和小麥秸稈纖維素糖化40min后,糖化率達(dá)到最高,其值分別為98.89%、97.19%,98.46%；油菜秸稈纖維素糖化50min,糖化率達(dá)到最大值98.58%；棉花秸稈纖維素糖化60 min,糖化率達(dá)到最大值96.25%。以玉米芯纖維素水解糖為碳源,米根霉37℃發(fā)酵80 h后,水解糖利用率為葡萄糖的1/3,因此纖維素水解糖可以用于生產(chǎn)乳酸等化工單體。 【關(guān)鍵詞】：農(nóng)作物秸稈 木質(zhì)纖維素 預(yù)處理 分離 糖化 發(fā)酵
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號(hào)】：TQ223.122
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-9
• 致謝9-15
• 第一章 前言15-25
• 1.1 木質(zhì)纖維素資源概述15
• 1.2 木質(zhì)纖維素的結(jié)構(gòu)15-19
• 1.2.1 綜纖維素16-18
• 1.2.2 木質(zhì)素18-19
• 1.3 木質(zhì)纖維素預(yù)處理19-23
• 1.3.1 物理法19-21
• 1.3.2 化學(xué)法21-22
• 1.3.3 物理化學(xué)法22
• 1.3.4 生物法22-23
• 1.4 木質(zhì)纖維素分離研究現(xiàn)狀23
• 1.4.1 木質(zhì)素分離研究23
• 1.4.2 半纖維素分離23
• 1.5 本課題研究的目的和意義23-25
• 第二章 木質(zhì)素的分離25-40
• 2.1 材料和儀器25-26
• 2.1.1 原料25
• 2.1.2 主要化學(xué)試劑25
• 2.1.3 儀器與設(shè)備25-26
• 2.2 方法26-30
• 2.2.1 檢測(cè)方法26-29
• 2.2.2 試驗(yàn)方案29-30
• 2.3 結(jié)果與分析30-39
• 2.3.1 試驗(yàn)原料的主要成分30-31
• 2.3.2 預(yù)處理方法對(duì)玉米芯木質(zhì)素脫除率的影響31
• 2.3.3 影響木質(zhì)素脫除率的單因素試驗(yàn)結(jié)果分析31-34
• 2.3.4 玉米芯木質(zhì)素脫除率的正交試驗(yàn)34-35
• 2.3.5 四種農(nóng)作物秸稈原料木質(zhì)素脫除試驗(yàn)結(jié)果35-36
• 2.3.6 農(nóng)作物秸稈處理前后的掃描電鏡圖(SEM)36-39
• 2.4 本章小結(jié)39-40
• 第三章 綜纖維素組分分離的工藝優(yōu)化40-54
• 3.1 材料與儀器40-41
• 3.1.1 原料40
• 3.1.2 主要試劑40
• 3.1.3 菌株40
• 3.1.4 Mandels營(yíng)養(yǎng)液40
• 3.1.5 儀器與設(shè)備40-41
• 3.2 方法41-42
• 3.2.1 檢測(cè)方法41
• 3.2.2 試驗(yàn)方案41-42
• 3.3 結(jié)果與分析42-52
• 3.3.1 堿濃度對(duì)纖維素與半纖維素分離的影響42-43
• 3.3.2 反應(yīng)時(shí)間對(duì)纖維素與半纖維素分離的影響43
• 3.3.3 反應(yīng)溫度對(duì)纖維素與半纖維素分離的影響43-44
• 3.3.4 固液比對(duì)纖維素與半纖維素分離的影響44
• 3.3.5 纖維素與半纖維素分離正交試驗(yàn)44-46
• 3.3.6 四種農(nóng)作物秸稈中纖維素與半纖維素分離的優(yōu)化條件46-48
• 3.3.7 綜纖維素、纖維素SEM圖48-50
• 3.3.8 預(yù)處理對(duì)玉米芯和四種農(nóng)作物秸稈結(jié)晶度的影響50-52
• 3.3.9 固態(tài)發(fā)酵纖維素霉活檢測(cè)結(jié)果52
• 3.4 本章小結(jié)52-54
• 第四章 纖維素酸解條件優(yōu)化及發(fā)酵產(chǎn)乳酸的初步研究54-63
• 4.1 材料與儀器54
• 4.1.1.原料54
• 4.1.2 主要試劑54
• 4.1.3 儀器與設(shè)備54
• 4.2 方法54-56
• 4.2.1 檢測(cè)方法54
• 4.2.2 試驗(yàn)方案54-56
• 4.3 結(jié)果與分析56-62
• 4.3.1 酸濃度對(duì)纖維素糖化率的影響56
• 4.3.2 溫度對(duì)纖維素糖化率的影響56-57
• 4.3.3 時(shí)間對(duì)纖維素糖化率的影響57
• 4.3.4 固液比對(duì)纖維素糖化率的影響57-58
• 4.3.5 玉米芯纖維素酸糖化正交試驗(yàn)58-60
• 4.3.6 四種農(nóng)作物秸稈纖維素的酸解條件60-61
• 4.3.7 玉米芯纖維素糖化液的發(fā)酵結(jié)果分析61-62
• 4.4 本章小結(jié)62-63
• 第五章 結(jié)論與討論63-66
• 5.1 結(jié)論63-64
• 5.2 討論與展望64-66
• 參考文獻(xiàn)66-70

您可以在本站搜索以下學(xué)術(shù)論文文獻(xiàn)來(lái)了解更多相關(guān)內(nèi)容

提高木質(zhì)纖維素酶水解效率的研究進(jìn)展    劉媛媛;孫君社;裴海生;劉莉;段開(kāi)紅;

木質(zhì)纖維素為原料的燃料乙醇預(yù)處理技術(shù)研究進(jìn)展    張?jiān)?聶莉莉;宋建;楊迎霞;劉仲齊;

木質(zhì)纖維素為原料制備乙醇的工藝    楊晨陽(yáng);馮哲;

木質(zhì)纖維素乙醇的新進(jìn)展    謝敬;

纖維類物質(zhì)生產(chǎn)乙醇的研究進(jìn)展    聶恒;朱靜;段旭;池雅琴;程晟;郭興焱;

蒸汽爆破對(duì)煙梗木質(zhì)纖維素含量和微觀結(jié)構(gòu)的影響    吳艷;李東亮;李剛;宋光富;劉元法;

統(tǒng)合生物工藝與纖維素分解性高溫菌乙醇轉(zhuǎn)化的研究進(jìn)展    趙立峰;嚴(yán)金平;孫煥民;伊日布斯;

木質(zhì)纖維素燃料乙醇生物轉(zhuǎn)化預(yù)處理技術(shù)    楊尉;劉立國(guó);武書彬;

發(fā)酵性絲孢酵母HWZ004利用水稻秸稈水解液發(fā)酵產(chǎn)油脂    李園園;吳虹;黃超;宗敏華;

生物可降解木質(zhì)天然纖維復(fù)合材料研究進(jìn)展    何洪城;陳超;

茶梗木質(zhì)纖維素選擇性吸附茶兒茶素類及其機(jī)理研究    葉儉慧;梁月榮;

纖維素酶及其在廢木質(zhì)纖維素制可還原糖中的應(yīng)用    姜曉云;王家德;

馬來(lái)酸酐接枝木質(zhì)纖維素及其熱穩(wěn)定性的研究    徐陽(yáng);杜健超;丁恩勇;薛鋒;

香菇木質(zhì)纖維素降解系統(tǒng)    郭思慧;區(qū)駿恒;覃詠恩;關(guān)海山;

木質(zhì)纖維素生產(chǎn)乙醇所需原料的可生產(chǎn)性與成本分析    談敦禮;馬艷萍;李琰;

木質(zhì)纖維素乙醇生產(chǎn)技術(shù)的研發(fā)以及產(chǎn)業(yè)化動(dòng)態(tài)    方詡;曲音波;

木質(zhì)纖維素燃料乙醇的研究進(jìn)展    藺麗麗;蔣文舉;楊志山;

混合菌群用于木質(zhì)纖維素糖化的實(shí)驗(yàn)研究    馮玉杰;李冬梅;張秋桌;

木質(zhì)纖維素白腐菌降解與清除羥自由基物質(zhì)產(chǎn)生及防御機(jī)制初探    張曉昱;孫永林;王宏勛;

木質(zhì)纖維素轉(zhuǎn)化過(guò)程共性問(wèn)題與秸稈酶解發(fā)酵燃料乙醇研究進(jìn)展    陳洪章;

利用木質(zhì)纖維素緩解能源短缺    李華

緩解能源短缺的新途徑    

全球乙醇生物質(zhì)原料開(kāi)發(fā)加快    夏明

乙醇生物質(zhì)原料開(kāi)發(fā)漸行漸近    張彥

孫建中 與白蟻打交道的人    江蘇大學(xué) 張明平 霍建偉 朱政

讓農(nóng)業(yè)廢棄物“變廢為寶”    本報(bào)記者 趙偉

中瑞生物能源第八次研討會(huì)南寧舉行    蔣巧蓮

生物化工技術(shù)聚焦三大領(lǐng)域    生化工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任 蘇志國(guó)

綠色化學(xué)讓21世紀(jì)的地球干凈    李光

山東大學(xué)實(shí)現(xiàn)“211工程”建設(shè)目標(biāo)    記者 袁新文 通訊員 王琪瓏

木質(zhì)纖維素原料生物轉(zhuǎn)化生產(chǎn)纖維素乙醇過(guò)程的關(guān)鍵技術(shù)研究    張建

以木質(zhì)纖維素為原料的燃料乙醇生產(chǎn)工藝及廢水零排放技術(shù)研究    張?chǎng)?/span>

茶葉功能成分制備和分離新工藝研究    梁慧玲

生物小分子自組裝調(diào)控與催化轉(zhuǎn)化研究    黃仁亮

兩株芽胞桿菌纖維素酶誘導(dǎo)產(chǎn)生機(jī)制及其作用的研究    燕紅

三種類型木質(zhì)纖維素的白腐菌降解異質(zhì)性研究    余洪波

木質(zhì)纖維素分解復(fù)合菌群NSC-7菌種組成及種間協(xié)作機(jī)理    劉長(zhǎng)莉

木質(zhì)纖維素共基質(zhì)體系中白腐菌降解污染物研究    顏克亮

粗糙脈孢菌AS3.1602乙醇發(fā)酵的代謝研究    張志華

粗飼料中纖維素、半纖維素酶解測(cè)定方法的研究與評(píng)價(jià)    李華

農(nóng)作物秸稈木質(zhì)纖維素組分分離及高效糖化工藝研究    易守連

微波/化學(xué)預(yù)處理用于稻稈制備可發(fā)酵還原糖的研究    劉丹鈺

木質(zhì)纖維素來(lái)源發(fā)酵抑制物的生物降解以及光合發(fā)酵制氫    朱智楠

木質(zhì)纖維素預(yù)處理及提高纖維素酶水解效率的研究    劉媛媛

木質(zhì)纖維轉(zhuǎn)化乙醇優(yōu)勢(shì)菌的篩選和優(yōu)化    曾盈宇

木質(zhì)纖維素超聲超臨界二氧化碳預(yù)處理及其對(duì)水解效果的影響    羅鵬

玉米秸稈水解發(fā)酵制乙醇過(guò)程研究    曾慶梅

白腐菌降解木質(zhì)纖維素過(guò)程中清除自由基物質(zhì)產(chǎn)生研究    孫永林

白腐菌Lentinula edodes發(fā)酵玉米秸稈胞外清除羥自由基主效物質(zhì)探析    李莉

復(fù)合菌系降解木質(zhì)纖維素特性及其菌群動(dòng)態(tài)    劉爽