基于玉米秸稈乙醇化的氨化預(yù)處理與酶解工藝研究

【摘要】： 我國是一個能源消耗大國,能源的短缺將會嚴重危害我國的經(jīng)濟發(fā)展和國家安全。因此開發(fā)新型能源以代替逐漸枯竭的傳統(tǒng)能源將是我國今后能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。生物燃料具有可再生,無污染的特點,因此備受各國的重視。木質(zhì)纖維素是地球上最豐富、最廉價的可再生資源,被認為是最重要的生物燃料酒精生產(chǎn)的后續(xù)資源物質(zhì)。相對于以玉米和大豆等糧食為原料的第一代生物燃料來說,以秸稈等植物纖維為原料的纖維素乙醇被稱為第二代生物燃料,其最大優(yōu)勢在于避免了“與人爭糧、與糧爭地”的風(fēng)險。因此,利用生物技術(shù)將木質(zhì)纖維素轉(zhuǎn)化成乙醇,具有重要的社會及經(jīng)濟意義。其中主要技術(shù)途徑之一是利用生物技術(shù)將植物纖維原料轉(zhuǎn)化成單糖,主要分為二步：1、原料預(yù)處理；2、纖維素的酶水解。目前預(yù)處理技術(shù)不盡人意,存在糖得率低、技術(shù)工藝復(fù)雜等問題,而纖維素的酶水解又存在水解速度慢、酶用量大等缺點。這兩方面同時制約了纖維原料生物轉(zhuǎn)化的發(fā)展。本論文以農(nóng)業(yè)廢棄物玉米秸稈為原料,對纖維原料的預(yù)處理方式及最優(yōu)處理條件的篩選、酶解糖化條件的優(yōu)化、超聲波和金屬離子對酶解的影響進行了研究,主要結(jié)果如下 采用氨水浸泡預(yù)處理、加壓氨解預(yù)處理、超聲波輔助氨水預(yù)處理三種方式處理玉米秸稈。氨水浸泡預(yù)處理的最優(yōu)方案為：氨水濃度15%,時間39h,溫度40℃,基質(zhì)濃度162.5g／L,粒徑0.5mm。在此條件下的預(yù)處理還原糖得率為3.23%,木質(zhì)素去除率為61.20%。對應(yīng)的酶解還原糖得率為45.28%,比未處理的12.51%,提高了32.77%。加壓氨解預(yù)處理的最優(yōu)方案為：氨水濃度15%,時間6min,壓力0.075MPa,基質(zhì)濃度150g/L,粒徑1mm。在此條件下的預(yù)處理還原糖得率為1.74%,木質(zhì)素去除率為43.30%。對應(yīng)的酶解還原糖得率為21.36%,提高了8.85%。超聲波輔助氨水預(yù)處理的最優(yōu)方案為：氨水濃度12.5%,時間24min,功率240W,基質(zhì)濃度187.5g／L,溫度70℃,粒徑0.5mm。在此條件下的預(yù)處理還原糖得率為1.51%,木質(zhì)素去除率為32.20%。對應(yīng)的酶解還原糖得率為40.33%,提高了27.82%。將最優(yōu)處理結(jié)果進行比較并綜合經(jīng)濟效益因素后認為,超聲波輔助氨水預(yù)處理所需時間短、能耗低、效果較好,是比較理想的預(yù)處理方式。 采用經(jīng)超聲波輔助氨水預(yù)處理后的玉米秸稈為原料,在環(huán)境溫度為50℃條件下進行酶解?；|(zhì)濃度因素對還原糖得率影響極顯著(p0.01),酶解時間對還原糖得率影響顯著(p0.05)。酶解最優(yōu)方案為：pH值5,基質(zhì)濃度60g／L,酶用量47mg／g(干秸稈),酶解時間30h。在此條件下的酶解還原糖得率為49.00%,比未預(yù)處理玉米秸稈的酶解還原糖得率提高了36.49%。 一定程度的超聲波輻射對酶解有促進作用。當(dāng)酶解基質(zhì)濃度為60g／L、酶用量為47mg／g(干秸稈)時,最適超聲波功率為39W,超聲波時間為9min。此時酶解還原糖得率為56.55%,比沒有超聲波參與酶解時提高了7.55%。 K+、Na+,Ca2+、Mg2+、Zn2+對纖維素酶起激活作用,有助于預(yù)處理產(chǎn)物的酶解,提高酶解還原糖得率。其中Zn2+對纖維素酶的激活作用最明顯,其濃度為1.5mg／ml(酶液)時激活作用最大。Fe3+、Al3+則對纖維素酶起抑制作用。 【關(guān)鍵詞】：燃料乙醇 玉米秸稈 氨水 預(yù)處理 酶解
【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：TQ353
【目錄】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第1章 文獻綜述12-23
• 1.1 燃料乙醇概述12-13
• 1.2 我國秸稈資源現(xiàn)狀13-14
• 1.3 秸稈乙醇化技術(shù)研究現(xiàn)狀14-21
• 1.3.1 秸稈乙醇化工藝流程14
• 1.3.2 秸稈的預(yù)處理技術(shù)14-19
• 1.3.3 秸稈的酶水解技術(shù)19-21
• 1.4 秸稈乙醇工業(yè)化生產(chǎn)現(xiàn)狀21-22
• 1.5 展望22-23
• 第2章 引言23-25
• 2.1 研究意義23
• 2.2 研究內(nèi)容與技術(shù)路線23-25
• 第3章 材料與方法25-32
• 3.1 試驗材料25-26
• 3.1.1 原料25
• 3.1.2 主要試劑25
• 3.1.3 主要溶液配制25-26
• 3.2 主要試驗儀器26
• 3.3 試驗方法26-30
• 3.3.1 氨水浸泡預(yù)處理26-27
• 3.3.2 加壓氨解預(yù)處理27-28
• 3.3.3 超聲波輔助氨水預(yù)處理28-29
• 3.3.4 秸稈的酶水解29
• 3.3.5 超聲波輔助酶水解29-30
• 3.3.6 金屬離子輔助酶水解30
• 3.4 分析方法30-32
• 第4章 結(jié)果與討論32-55
• 4.1 玉米秸稈預(yù)處理方法研究32-49
• 4.1.1 氨水浸泡預(yù)處理32-37
• 4.1.2 加壓氨解預(yù)處理37-41
• 4.1.3 超聲波輔助氨水預(yù)處理41-46
• 4.1.4 不同方式預(yù)處理效果與經(jīng)濟效益比較46-48
• 4.1.5 小結(jié)48-49
• 4.2 玉米秸稈酶解糖化的研究49-52
• 4.2.1 單因素試驗結(jié)果49-50
• 4.2.2 正交試驗結(jié)果50-51
• 4.2.3 小結(jié)51-52
• 4.3 超聲波、金屬離子輔助酶解糖化的研究52-55
• 4.3.1 超聲波輔助酶水解52-53
• 4.3.2 金屬離子輔助酶水解53-54
• 4.3.3 小結(jié)54-55
• 第5章 結(jié)論55-56
• 參考文獻56-60
• 附錄60-61
• 致謝61-62
• 在學(xué)期間所發(fā)表文章和參與課題情況62

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