玉米秸秆制备生物乙醇及其综合利用

【摘要】： 人类社会的发展和进步始终和能源的开发与利用密切相关,化石能源作为主流能源为人类社会经济的发展起到了巨大的推动作用,但其大量消耗致使其接近枯竭,同时也带来严重的环境污染。发展新型可再生能源迫在眉睫。生物能源尤其是生物乙醇是解决能源问题和减少温室气体排放的关键途径之一。利用地球上最丰富的可再生资源木质纤维素生产生物乙醇具有广阔的发展前景。 木质纤维素生产生物乙醇的基本路线为预处理、纤维素的降解、乙醇的发酵和乙醇的分离四个部分,其中难点为预处理、木糖利用和纤维素降解。 稀硫酸预处理作为本文主要预处理方法,单因素实验显示各因素最佳水平为:温度130℃,固液比1:20,酸浓度0.75%(v·v~(-1))和时间30min。稀磷酸预处理单因素条件为125℃,1.00%(v·v~(-1)),固液比1:30,处理秸秆粉50min。 稀酸预处理生成的木糖分别用于发酵基因重组菌Escherichia coli BL21表达单细胞蛋白类人胶原蛋白和培养产氢菌Enterobacter FML-C_1进行生物制氢。结果类人胶原蛋白表达量提高了50.00%,木糖利用率63.71%;生物制氢中每升培养液获得最大产氢量460mLH_2,木糖利用率80.93%。 纤维素的降解的研究主要集中在纤维素高效降解菌株的筛选上。从富含纤维素的环境中采集菌种。以滤纸赫奇逊固体培养基和纤维素固体培养基初筛,再以滤纸无机盐培养基和刚果红培养基进行复筛,最终筛选出5株降解效果较好的菌种。 利用所筛纤维素高效降解菌种分别进行分步糖化发酵法和同步糖化发酵法,获得乙醇产率分别为0.17g/gDS和0.076g/gDS。 【关键词】：生物乙醇 木质纤维素 预处理 菌种筛选 乙醇发酵
【学位授予单位】：西北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TQ352.6
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-10
• 第1章 绪论10-24
• 1.1 可再生能源中的生物能源10-11
• 1.2 生物乙醇11-12
• 1.3 木质纤维素12-15
• 1.3.1 木质纤维素的成分12-13
• 1.3.2 木质纤维素的结构13
• 1.3.3 纤维素13-14
• 1.3.4 半纤维素14-15
• 1.3.5 木质素15
• 1.4 预处理15-20
• 1.4.1 稀酸预处理15-17
• 1.4.2 碱预处理17-18
• 1.4.3 蒸汽爆破法18-19
• 1.4.4 氨纤维爆破法19
• 1.4.5 生物法预处理19-20
• 1.5 生物乙醇制备中的"多维利用"和"生物精炼"20-21
• 1.6 纤维素酶21-22
• 1.6.1 纤维素酶结构21
• 1.6.2 纤维素酶活的影响因素及其提高方法21-22
• 1.7 乙醇发酵22-23
• 1.8 从木质纤维素到生物乙醇23
• 1.9 生物乙醇制备的难点和本文要点23-24
• 第2章 稀酸预处理24-33
• 2.1 实验原理24
• 2.2 实验材料24-25
• 2.2.1 预处理24
• 2.2.2 差重法24-25
• 2.2.3 DNS定量测糖25
• 2.3 实验仪器25
• 2.4 实验方法25-27
• 2.4.1 预处理25-26
• 2.4.2 差重法26
• 2.4.3 DNS定量测糖26-27
• 2.5 实验结果与讨论27-33
• 2.5.1 标准曲线27-28
• 2.5.2 稀酸预处理28-33
• 第3章 稀酸预处理液综合高效利用33-44
• 3.1 实验原理33
• 3.2 实验材料33-34
• 3.2.1 预处理33
• 3.2.2 培养基33-34
• 3.2.3 菌种34
• 3.3 实验仪器34-35
• 3.4 实验方法35-36
• 3.4.1 预处理35
• 3.4.2 还原糖成分定量分析35
• 3.4.3 氢气含量测定35
• 3.4.4 还原糖总量定量测定35
• 3.4.5 Escherichia coliBL21秸秆预处理培养基的优化35-36
• 3.4.6 秸秆预处理培养基培养基因重组大肠杆菌Escherichia coli BL2136
• 3.4.7 用制氢培养基培养产氢菌Enterobacter FML-C_136
• 3.4.8 蛋白质总量定量测定36
• 3.5 实验结果和讨论36-44
• 3.5.1 预处理36-38
• 3.5.2 Escherichia coliBL21秸秆预处理培养基的优化38-39
• 3.5.3 秸秆预处理培养基培养基因重组大肠杆菌Escherichia coli BL2139-42
• 3.5.4 用制氢培养基培养产氢菌Enterobacter FML-C_142-44
• 第4章 高效降解纤维素菌株的筛选及其产纤维素酶的研究44-54
• 4.1 实验原理44-45
• 4.1.1 初筛和复筛44
• 4.1.2 酶活检测44-45
• 4.2 实验材料45-46
• 4.2.1 纤维素酶活力测定所需试剂和材料45
• 4.2.2 预处理45
• 4.2.3 培养基45-46
• 4.3 实验仪器46
• 4.4 实验方法46-48
• 4.4.1 初筛46-47
• 4.4.2 复筛47
• 4.4.3 预处理和降解糖化能力测试47
• 4.4.4 纤维素钠酶活力47
• 4.4.5 滤纸酶活力47-48
• 4.4.6 胞内产酶和胞外产酶的测定和鉴别48
• 4.4.7 最佳产酶时间的确定48
• 4.5 实验结果与讨论48-54
• 4.5.1 初筛结果49
• 4.5.2 复筛结果49-50
• 4.5.3 预处理和降解糖化能力测试结果50-51
• 4.5.4 胞内酶活和胞外酶活的比较51-52
• 4.5.5 最佳产酶时间的确定52-54
• 第5章 两种生物乙醇制备法的比较54-59
• 5.1 实验原理54
• 5.1.1 分步糖化发酵法54
• 5.1.2 同步糖化发酵法54
• 5.2 实验材料54-55
• 5.2.1 预处理54-55
• 5.2.2 培养基55
• 5.2.3 菌种55
• 5.3 实验仪器55
• 5.4 实验方法55-56
• 5.4.1 预处理和降解糖化55-56
• 5.4.2 醇的测定56
• 5.4.3 分步糖化发酵法56
• 5.4.4 同步糖化发酵法56
• 5.5 实验结果与讨论56-59
• 5.5.1 分步糖化发酵法56-57
• 5.5.2 同步糖化发酵法57-59
• 结论59-60
• 参考文献60-67
• 攻读硕士学位期间取得的科研成果67-68
• 致谢68

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