乙醇预处理对玉米秸秆主要组成化学结构和酶解性能的影响

【摘要】：近年来,能源和环境问题越来越受到广泛的关注,利用农业废料生产纤维乙醇既对环保做出贡献,又可解决能源短缺的问题,不失为未来发展清洁能源的一个方向。但是,木质纤维原料中存在的半纤维素和木素会影响纤维乙醇生产中的酶解过程,极大的限制了纤维乙醇的发展。因此,有必要针对半纤维素和木素进行深入的研究,掌握半纤维素和木素对纤维素酶解的影响,为纤维乙醇的未来发展提供理论依据。本研究选用玉米秸秆作为原材料,利用乙醇对玉米秸秆进行预处理,预处理过程中脱除了66.62%的木素和61.30%的抽出物,此外还降解了少量纤维素和半纤维素。然后,对预处理原料和普通原料进行半纤维素的提取和纯化,结合红外光谱、紫外光谱、液相色谱、分子量等分析,可以推断出乙醇预处理对玉米秸秆中半纤维素性质的影响。研究结果显示,玉米秸秆中的半纤维素主要由木聚糖组成,其次含少量葡聚糖、阿拉伯聚糖和半乳聚糖,此外还含少量木素和糖醛酸。在乙醇预处理过程中,半纤维素中的葡萄糖最易降解,阿拉伯糖和半乳糖次之,木糖最稳定,由于预处理条件较温和,不会导致糖类被氧化成糖醛酸,因此糖醛酸的含量没有较大的变化。此外,预处理过程会导致部分半纤维素之间的连接键发生断裂,使其分子量变小。首先,研究了乙醇预处理对玉米秸秆中木素结构的影响,对乙醇预处理前后的固料进行磨木木素(milled wood lignin,简称MWL)和酶解木素(cellulytic enzyme ilignin,简称CEL)的分离,并对该木素样品进行红外分析、紫外分析、分子量分析和硝基苯氧化分析。结果表明,玉米秸秆中主要含G型(愈创木基型)木素、S型(紫丁香基型)木素和H型(对羟苯基型)木素。在乙醇预处理过程中,SGH三种结构的木素降解程度的大小关系为:GSH。其次,为了对预处理液中的木素进行资源化利用,对预处理液木素进行分级处理,并将分级后的木素作为抗氧化剂,进行抗氧化实验,结果表明,分子量越小的木素,抗氧化性能越好,并且,木素的抗氧化性能与木素的浓度呈线性关系,浓度越高,抗氧化性能越好。最后,研究了木素对纤维素酶解的影响,分别将预处理前后的木素与纤维素酶进行吸附实验,并检测吸附前后纤维素酶活的变化,结果表明,预处理后的木素比原料中的木素,更易吸附纤维素酶,对纤维素酶的酶活抑制作用更强,其中对木聚糖酶活的抑制作用最强,对外切葡聚糖酶活和内切葡聚糖酶活的抑制作用次之,对β-葡萄糖苷酶活的抑制作用最弱。此外,蛋白含量越高的纤维素酶,越容易被木素吸附,导致其酶活下降的更多。 【关键词】：玉米秸秆 乙醇预处理 半纤维素 木素 纤维素酶
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ223.122;TQ914.3
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 绪论12-20
• 1.1 纤维乙醇的发展现状和动态12-18
• 1.1.1 酸法预处理12-13
• 1.1.2 碱法预处理13-14
• 1.1.3 有机溶剂预处理14-15
• 1.1.4 蒸汽预处理15-16
• 1.1.5 微波预处理16-17
• 1.1.6 超声波预处理17-18
• 1.2 本研究的目的及内容18-20
• 1.2.1 本研究的目的18
• 1.2.2 本研究的主要内容18-20
• 第2章 乙醇预处理前后玉米秸秆中半纤维素的提取及性质研究20-31
• 2.1 引言20-21
• 2.2 实验21-23
• 2.2.1 实验原料、药品及仪器21
• 2.2.2 乙醇预处理玉米秸秆21-22
• 2.2.3 半纤维素的提取及纯化22
• 2.2.4 成分分析22
• 2.2.5 红外光谱测22
• 2.2.6 紫外光谱测试22
• 2.2.7 半纤维素糖含量的测定22
• 2.2.8 半纤维素分子量的测定22-23
• 2.3 结果与讨论23-30
• 2.3.1 预处理对玉米秸秆组成的影响23-24
• 2.3.2 半纤维素的组成分析24-26
• 2.3.3 半纤维素的红外光谱分析26-28
• 2.3.4 半纤维素的紫外光谱分析28-29
• 2.3.5 半纤维素分子量测定结果分析29-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第3章 乙醇预处理前后玉米秸秆中木素的提取及性质研究31-40
• 3.1 引言31
• 3.2 实验31-34
• 3.2.1 实验原料、药品及仪器31-32
• 3.2.2 乙醇预处理玉米秸秆32
• 3.2.3 磨木木素的提取32
• 3.2.4 酶解木素的提取32
• 3.2.5 红外光谱测试32-33
• 3.2.6 紫外光谱测试33
• 3.2.7 硝基苯氧化及产物分离与定量33
• 3.2.8 木素分子量测定33-34
• 3.3 结果与讨论34-39
• 3.3.1 红外光谱测试结果与分析34-36
• 3.3.2 紫外光谱测试结果与分析36-37
• 3.3.3 硝基苯氧化结果与分析37-38
• 3.3.4 木素分子量测定结果与分析38-39
• 3.4 本章小结39-40
• 第4章 预处理液中木素的分级及抗氧化性研究40-50
• 4.1 引言40
• 4.2 实验40-42
• 4.2.1 实验原料、药品及仪器40-41
• 4.2.2 从预处理液中提取木素41
• 4.2.3 木素分级41
• 4.2.4 红外光谱测试41
• 4.2.5 紫外光谱测试41
• 4.2.6 木素分子量测定41-42
• 4.2.7 测抗氧化性42
• 4.3 结果与讨论42-49
• 4.3.1 红外光谱测试结果与分析42-44
• 4.3.2 紫外光谱测试结果与分析44-45
• 4.3.3 木素分子量测定结果与分析45-46
• 4.3.4 抗氧化性测试46-49
• 4.4 本章小结49-50
• 第5章 木素对纤维素酶活影响的初步研究50-62
• 5.1 引言50
• 5.2 实验50-52
• 5.2.1 实验原料、药品及仪器50
• 5.2.2 标准曲线的制作50-51
• 5.2.3 蛋白含量的测定51
• 5.2.4 酶活力的测定51-52
• 5.2.5 吸附实验52
• 5.2.6 蛋白质电泳52
• 5.3 结果与讨论52-61
• 5.3.1 标准曲线的制作52-55
• 5.3.2 蛋白含量55
• 5.3.3 纤维素酶酶活55-56
• 5.3.4 木素吸附后纤维素酶酶活56-60
• 5.3.5 聚丙烯酰胺凝胶电泳测试60-61
• 5.4 本章小结61-62
• 第6章 结论62-64
• 6.1 研究的主要结论62
• 6.2 研究的创新之处62-64
• 参考文献64-70
• 致谢70-71
• 附录 攻读硕士学位期间参与的科研及发表的文章71

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