麦草秸秆Na_2SO_3预处理对纤维酶水解的促进作用

【摘要】：本实验利用麦草秸秆纤维原料,于1.2、1.4h保温时间和Na2S O3用量分别为4%~14%的条件下进行预处理,研究N a2SO3预处理对麦草秸秆化学成分、酶水解和发酵产乙醇的影响。预处理条件为155℃,保温时间1.2h、1.4h,Na2S O3用量为4%~14%。随着保温时间和Na2S O3用量的增大,麦草秸秆纤维原料的得率下降,木质素移除程度增大,葡聚糖和木聚糖有一定的损失,木聚糖比葡聚糖的损失更大。酶水解在50℃,底物浓度5%,转速150r/min条件下进行,采用155℃,保温时间1.2h、1.4h,Na2S O3用量为4%~14%下处理的麦草秸秆纤维原料,酶用量为15FPU/g纤维素提高至20FPU/g纤维素时,酶水解糖得率有一定的提高,但是增幅没有Na2S O3用量增大对酶水解糖得率的影响明显。得到最适预处理条件为155℃,Na2S O3用量12%。在纤维素酶用量15FPU/g纤维素时酶水解,此时得到葡聚糖、木聚糖、总糖酶水解糖得率为47.5%、37.4%和44.3%。未经处理及预处理后麦草秸秆纤维原料的SEM电镜扫描显示:处理后的麦草秸秆纤维原料较未经处理的松散、柔性强;且随着处理程度的增大,秸秆纤维原料变得疏松、柔软且多孔。红外光谱图显示:处理后的秸秆较之前未处理的氢键作用减小,结晶区减少;且随着处理程度的增大,共轭羰基及苯环共轭振动减小,木质素的移除率增加。在15FPU/g纤维素纤维素酶用量下,添加β-葡萄糖苷酶、木聚糖酶优化酶水解进程,当β-葡萄糖苷酶的添加量为12IU/g纤维素时,木聚糖酶添加量达到30 IU/g纤维素时,葡聚糖、木聚糖、总糖酶水解得率达到最大,分别为7 4.7%、85.2%、7 3.9%。利用不同初始酵母浓度树干毕赤酵母进行发酵,随着初始酵母量的增加,达到乙醇质量浓度最高值所需的发酵时间缩短。在初始酵母量为15g/L时,16h时得到最高乙醇浓度,此时乙醇浓度为7.14g/L,糖利用率为73.9%,乙醇得率为63.4%。此时,发酵体系中甲酸、乙酸、糠醛、木糖醇及甘油质量浓度分别为0.28 g/L、0.3 0 g/L、1.06 g/L、0.4 7 g/L及0.03 g/L。 【关键词】：亚硫酸钠预处理 麦草秸秆 纤维素酶 酶水解 乙醇发酵
【学位授予单位】：南京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ223.122;TQ920.1
【目录】：

• 致谢3-4
• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 前言10-13
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 研究内容及目的11-12
• 1.3 主要创新点12-13
• 第二章 文献综述13-25
• 2.1 纤维原料的组成及化学成分13-15
• 2.1.1 木质素13-14
• 2.1.2 纤维素14
• 2.1.3 半纤维素14-15
• 2.2 纤维原料的预处理15-20
• 2.2.1 化学预处理法15-18
• 2.2.1.1 碱预处理法15-16
• 2.2.1.2 酸预处理法16-17
• 2.2.1.3 亚硫酸钠预处理法17
• 2.2.1.4 离子液体预处理法17
• 2.2.1.5 氧化预处理法17-18
• 2.2.1.6 有机溶剂预处理法18
• 2.2.2 物理预处理法18-19
• 2.2.2.1 机械粉碎预处理法18
• 2.2.2.2 水压热解预处理法18-19
• 2.2.2.3 微波预处理法19
• 2.2.3 物理化学预处理法19-20
• 2.2.3.1 蒸汽爆破预处理法19-20
• 2.2.3.2 氨纤维爆破预处理法20
• 2.2.4 生物预处理法20
• 2.3 纤维原料的酶水解20-21
• 2.3.1 纤维素酶21
• 2.3.2 β-葡萄糖苷酶21
• 2.3.3 木聚糖酶21
• 2.4 戊糖及己糖的乙醇发酵21-25
• 2.4.1 发酵菌种21-23
• 2.4.2 己糖发酵机理23
• 2.4.3 戊糖发酵机理23-24
• 2.4.4 影响发酵的因素24-25
• 第三章 麦草秸秆Na_2SO_3预处理对原料化学成分的影响25-46
• 3.1 材料与方法25-31
• 3.1.1 主要化学药品25
• 3.1.2 材料25
• 3.1.2.1 原料的预处理25
• 3.1.2.2 酶制剂25
• 3.1.3 试剂25-26
• 3.1.3.1 柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲液的配制25-26
• 3.1.3.2 DNS溶液的配制26
• 3.1.3.3 对硝基苯酚标准溶液的配制26
• 3.1.3.4 标准糖溶液的配制26
• 3.1.4 分析方法26-30
• 3.1.4.1 水分含量的测定26-27
• 3.1.4.2 葡聚糖、木聚糖和木质素含量的测定27-28
• 3.1.4.3 标准方程的测定28
• 3.1.4.4 滤纸酶活的测定28-29
• 3.1.4.5 β-葡萄糖苷酶活力的测定29
• 3.1.4.6 pH值的测定29-30
• 3.1.4.7 酶水解液中糖组分的测定30
• 3.1.5 麦草秸秆Na_2SO_3预处理对纤维酶水解的影响30-31
• 3.1.6 计算方法31
• 3.2 结果与讨论31-44
• 3.2.1 麦草秸秆的主要化学成分32
• 3.2.2 麦草秸秆Na_2SO_3预处理对得率及废液pH的影响32-34
• 3.2.3 麦草秸秆Na_2SO_3预处理对木质素及高聚糖的影响34-38
• 3.2.4 麦草秸秆Na_2SO_3预处理后聚糖酶水解对初始原料收率的影响38-41
• 3.2.5 麦草秸秆Na_2SO_3预处理后聚糖酶水解的得率41-44
• 3.3 结论44-46
• 第四章 亚硫酸钠预处理对麦草秸秆纤维原料结构的影响46-51
• 4.1 仪器与方法46
• 4.1.1 主要仪器46
• 4.1.2 实验材料46
• 4.1.3 实验方法46
• 4.1.3.1 麦草秸秆纤维原料扫描电镜分析46
• 4.1.3.2 麦草秸秆纤维原料红外光谱分析46
• 4.2 结果与讨论46-50
• 4.2.1 麦草秸秆Na_2SO_3预处理秸秆表层结构的影响47-48
• 4.2.2 麦草秸秆Na_2SO_3预处理对秸秆组成成分的影响48-50
• 4.3 结论50-51
• 第五章 麦草秸秆Na_2SO_3预处理纤维酶水解的优化51-59
• 5.1 材料与方法51-53
• 5.1.1 原料及其预处理51-52
• 5.1.2 各种酶试剂52
• 5.1.3 缓冲液的配52
• 5.1.4 分析方法52-53
• 5.1.4.1 葡聚糖及戊聚糖含量的测定52
• 5.1.4.2 酶解木糖标准方程的测定52
• 5.1.4.2 木聚糖酶活力的测定52
• 5.1.4.4 酶水解液中糖组分的测定52-53
• 5.1.4.5 酶水解液中糖组分的测定53
• 5.1.5 分析方法53
• 5.1.5.1 水分含量的测定53
• 5.1.5.2 葡聚糖、木聚糖和木质素含量的测定53
• 5.1.5.3 酶解木糖标准方程测定53
• 5.1.5.4 木聚糖酶活力的测定53
• 5.2 结果与讨论53-58
• 5.2.1 不同酶用量对Na_2SO_3预处理麦草秸秆酶水解的影响54
• 5.2.2 纤维素酶与β-葡萄糖苷酶添加配比的选择54-56
• 5.2.3 纤维素酶与木聚糖添加配比的选择56-58
• 5.3 结论58-59
• 第六章 酶水解液戊糖己糖的乙醇发酵59-65
• 6.1 材料与方法59-61
• 6.1.1 原料及预处理59
• 6.1.2 试剂59
• 6.1.2.1 各种酶59
• 6.1.2.2 缓冲溶液的配制59
• 6.1.2.3 DNS溶液的配制59
• 6.1.3 发酵菌种59
• 6.1.4 培养基59-60
• 6.1.4.1 斜面培养基59-60
• 6.1.4.2 活化及增值培养基60
• 6.1.4.3 发酵培养基60
• 6.1.5 实验方法60
• 6.1.5.1 树干毕赤酵母活化增殖培养60
• 6.1.5.2 间接三角瓶发酵60
• 6.1.6 分析方法60-61
• 6.1.6.1 葡萄糖、木糖含量的测定60
• 6.1.6.2 树干毕赤酵母的测定60-61
• 6.1.6.3 发酵液中各组分的测定61
• 6.1.7 物质计算61
• 6.2 结果与讨论61-64
• 6.3 结论64-65
• 第七章 全文总结及展望65-67
• 7.1 总结65-66
• 7.2 展望66-67
• 参考文献67-70

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