玉米秸秆经离子液体预处理同步糖化发酵制乙醇

【摘要】：利用木质纤维素原料生产燃料乙醇,已成为国内外新能源的开发热点。燃料乙醇具有环境友好、可再生等优点,将在未来社会能源需求中扮演重要角色。秸秆是一种丰富的资源,若能用来生产乙醇,对经济、社会发展都有重要意义。 本文以玉米秸秆为原料,采用碱法、酶法、离子液体法等预处理方法,比较其木质素的脱出能力及对酶解糖化的作用;并研究了各种因素对同步糖化发酵(SSF)过程的影响,获得适宜乙醇发酵生产工艺。 预处理结果表明:碱处理可有效地脱出木质素,提高酶水解转化率。秸秆在(碱浓度3%、120℃、1h)的处理条件下,木质素脱出率可达91.8%,纤维素含量比未处理的原料几乎增加了一倍;酶水解后还原糖浓度增加了三倍。漆酶法可脱出部分木质素,但其对酶解过程有抑制作用。[BMIM]Cl能有效的溶解并再生纤维素,温度越高溶解过程所需时间越短,且在100℃下的溶解度达到最大值,经偏光显微镜观察及红外图谱分析表明,离子液体处理法只引起纤维素的溶胀,及分子间氢键的破坏,没有使纤维素发生衍生化反应。经[BMIM]Cl处理后的再生纤维素,酶解速率明显提高,水解5h后的得糖量是未处理的3倍。 同步糖化发酵结果表明:最佳工艺条件为温度35℃,固液比1:15,初始PH值4.8,加酶量40U/g,接种量0.025g/g,添加氮源(酵母浸膏0.3g/L、蛋白胨0.5g/L),预水解时间50℃、15h。在此条件下,乙醇浓度可达16.67g/L。经[BMIM]Cl处理后的再生秸秆在同样条件下高底物浓度(固液比1:6)同步糖化发酵,最终乙醇浓度可达47.73g/L,为理论值的91.3%,显示良好的应用前景。 【关键词】：离子液体 预处理 玉米秸秆 同步糖化发酵 乙醇
【学位授予单位】：河南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TQ223.122
【目录】：

• 摘要2-3
• ABSTRACT3-8
• 第1章 绪论8-19
• 1.1 国内外生物燃料乙醇研究概况9
• 1.2 玉米秸秆类生物质原料概述9-12
• 1.2.1 纤维素10
• 1.2.2 半纤维素10-11
• 1.2.3 木质素11-12
• 1.3 玉米秸秆的预处理12-14
• 1.3.1 蒸汽爆破法12
• 1.3.2 稀酸处理法12-13
• 1.3.3 碱处理法13
• 1.3.4 生物处理法13-14
• 1.4 离子液体的研究概况14-15
• 1.4.1 离子液体的分类与特性14
• 1.4.2 纤维素在离子液体中的溶解14-15
• 1.4.3 离子液体中再生纤维素的特性15
• 1.5 玉米秸秆的水解15-17
• 1.5.1 稀酸水解16
• 1.5.2 酶水解16-17
• 1.6 玉米秸秆的发酵17-18
• 1.6.1 分步糖化发酵(SHF)17
• 1.6.2 非等温同时糖化发酵法(NSSF 法)17
• 1.6.3 同步糖化发酵法(SSF)17-18
• 1.7 本论文的研究思路和主要内容18-19
• 第2章 实验材料与方法19-28
• 2.1 实验仪器与设备19-20
• 2.2 实验材料20-21
• 2.2.1 玉米秸秆原料20
• 2.2.2 酶制剂20
• 2.2.3 发酵培养基20
• 2.2.4 主要药品20
• 2.2.5 主要试剂20-21
• 2.3 实验方法21-23
• 2.3.1 碱法预处理21-22
• 2.3.2 漆酶法预处理22
• 2.3.3 离子液体预处理22-23
• 2.3.4 酶水解23
• 2.3.5 同步糖化发酵(SSF)23
• 2.4 分析方法23-28
• 2.4.1 玉米秸秆物料成分测定23
• 2.4.2 木质素溶出度的测定23-24
• 2.4.3 纤维素酶活力测定24
• 2.4.4 漆酶活力测定24-25
• 2.4.5 葡萄糖标准曲线的绘制25
• 2.4.6 乙醇标准曲线的绘制25-26
• 2.4.7 乙醇转化率测定26
• 2.4.8 纤维素的溶解观测26-27
• 2.4.9 玉米秸秆纤维素的FT-IR 表征27-28
• 第3章 玉米秸秆预处理工艺研究28-41
• 3.1 碱法预处理结果与分析28-31
• 3.1.1 方案设计28
• 3.1.2 成分分析结果28-29
• 3.1.3 酶水解实验结果29-30
• 3.1.4 正交试验极差分析结果30-31
• 3.2 漆酶法预处理结果与分析31-35
• 3.2.1 漆酶处理液最大吸收波长的确定32
• 3.2.2 初始环境PH 对木质素脱除的影响32-33
• 3.2.3 温度对木质素脱除的影响33-34
• 3.2.4 漆酶量对木质素脱除的影响34
• 3.2.5 酶水解实验结果34-35
• 3.3 离子液体预处理结果与分析35-38
• 3.3.1 纤维素在离子液体中的溶解照片36
• 3.3.2 温度对纤维素溶解度的影响36-37
• 3.3.3 温度对纤维素溶解时间的影响37-38
• 3.3.4 酶水解实验结果38
• 3.4 秸秆纤维素的红外图谱分析38-39
• 3.5 本章小结39-41
• 第4章 玉米秸秆同步糖化发酵研究41-50
• 4.1 SSF 单因素试验结果与分析41-45
• 4.1.1 温度对SSF 的影响41-42
• 4.1.2 底物浓度对SSF 的影响42
• 4.1.3 pH 值对SSF 的影响42-43
• 4.1.4 加酶量对SSF 的影响43-44
• 4.1.5 接种量对SSF 的影响44
• 4.1.6 添加氮源对SSF 的影响44-45
• 4.2 离子液体处理法SSF 结果与分析45-48
• 4.2.1 处理温度对再生秸秆SSF 的影响46-47
• 4.2.2 处理时间对再生秸秆SSF 的影响47
• 4.2.3 发酵状态对再生秸秆SSF 的影响47-48
• 4.3 本章小结48-50
• 第5章 结论50-52
• 参考文献52-57
• 附录 A 漆酶预处理前后秸秆失重率57-58
• 附录 B 同步糖化发酵残液中还原糖说明58-59
• 致谢59-60
• 攻读硕士学位期间的研究成果60

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