利用麦秆糖化发酵乙醇的初步研究

论文摘要

近年来随着工业化进程的飞速发展,传统能源即将满足不了世界经济发展的需求,全球范围对于开发新的可替代能源的兴趣越来越大。生物质是一种广泛存在的可再生资源,其中最直接、最重要的生物质能源应用体系就是从生物质发酵生产乙醇。我国有丰富的纤维素资源,但目前其利用率不到30%,而且转化利用的种类较少,绝大部分被废弃在田间或直接燃烧,既浪费了宝贵资源,又造成环境污染。秸秆资源是一个有待开发的巨大宝库,国内外科学家已竞相开展了农作物秸秆资源利用的研究。麦秆中的纤维素和半纤维素的含量在60%以上,其基本组成单元为葡萄糖、木糖等还原糖类,此还原糖经生物发酵可以转化为燃料乙醇,不但可以减少石油燃料的用量,还可以减少环境污染。本文在前人研究的基础上,对利用麦秆进行分步糖化发酵(SHF)与同步糖化发酵(SSF)两种乙醇发酵模式进行了全面、系统的研究与探讨,主要研究内容如下:(1)以麦秆为原料,对选用的几种预处理方法进行筛选,结果表明碱和高温蒸汽的联合处理对木质素的破坏最大,纤维素含量可达75.42%,酶解还原糖得率也最高。(2)对影响SHF的糖化条件和发酵条件分别进行优化,得到最佳的酶解条件为:酶解温度50℃,pH4.8的醋酸钠缓冲液为溶剂,底物浓度为2%,1mL稀释倍数为40倍的纤维素酶液,150r/min摇床酶解96h时。最佳的发酵条件为:发酵温度30℃,发酵时间72h,起始pH值4.8,1%的硫酸铵。在上述最佳条件下乙醇浓度可达4.83g/L(3)对影响SSF的培养条件进行优化,结果表明在底物浓度10%,培养时间72h,1%的硫酸铵,发酵温度40℃,10%的酵母接种量,1mL稀释倍数为100的酶液的培养条件下乙醇浓度可达17.86g/L。对两种发酵模式进行比较可以看出,SSF具有酶用量小,培养时间短,乙醇浓度高等优点。(4)对现有酵母进行紫外诱变处理,筛选得到的3株诱变菌U8、U44和U63不但在耐热性能上优于亲株而且在耐酒精性能上也大大优于亲株,但其乙醇产率只是稍微高于亲株,诱变株的耐热性能没有发挥出来。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 植物纤维素的特点
• 1.2 纤维素酶
• 1.2.1 纤维素酶的组成和结构
• 1.2.2 纤维素酶的来源
• 1.2.3 纤维素酶的作用机理
• 1.3 纤维素的水解
• 1.3.1 酸水解工艺
• 1.3.2 酶水解工艺
• 1.3.3 酶法水解的影响因素
• 1.4 纤维素的预处理方法
• 1.4.1 物理法
• 1.4.2 化学处理
• 1.4.3 综合法
• 1.4.4 生物预处理
• 1.5 纤维性材料酒精发酵研究进展
• 1.5.1 纤维素乙醇发酵的机理
• 1.5.2 酒精发酵工艺的研究
• 1.6 耐高温酵母的研究状况
• 1.6.1 耐高温酵母的耐热机制
• 1.6.2 耐高温酵母的选育状况
• 1.6.3 筛选耐高温酵母的方法
• 1.7 本课题研究的意义及主要内容
• 1.7.1 本课题研究的意义
• 1.7.2 本课题研究的主要内容
• 第二章 麦秆分步糖化发酵产乙醇
• 2.1 材料
• 2.1.1 实验原料试剂
• 2.1.2 培养基
• 2.1.3 溶液配制
• 2.2 预处理方法
• 2.3 酶水解
• 2.4 乙醇发酵试验
• 2.5 分析测定方法
• 2.5.1 纤维素、半纤维素、木质素的测定
• 2.5.2 葡萄糖标准曲线的绘制
• 2.5.3 样品还原糖测定
• 2.5.4 乙醇的测定
• 2.6 结果与分析
• 2.6.1 预处理方法的选择
• 2.6.2 酶水解参数的优化
• 2.6.3 分步糖化发酵（SHF）产乙醇培养条件的优化
• 2.7 本章小结
• 第三章 麦秆同步糖化发酵
• 3.1 材料
• 3.1.1 实验原料试剂
• 3.1.2 培养基
• 3.2 预处理方法
• 3.3 分析测定方法
• 3.4 试验方法
• 3.5 结果与分析
• 3.5.1 麦秆底物用量对乙醇产率的影响
• 3.5.2 不同氮源对酒精酵母发酵产乙醇的影响
• 3.5.3 温度对乙醇产率的影响
• 3.5.4 酶加量对乙醇产率的影响
• 3.5.5 酵母接种量对乙醇产率的影响
• 3.5.6 正交试验
• 3.5.7 SSF 和SHF 模式的比较
• 3.6 本章小结
• 第四章 耐高温酵母的诱变研究
• 4.1 材料
• 4.1.1 实验原料试剂
• 4.1.2 培养基
• 4.2 分析测定方法
• 4.3 结果与分析
• 4.3.1 稀释倍数的确定
• 4.3.2 致死率及诱变剂量的确定
• 4.3.3 热冲击处理
• 4.3.4 U8、U44 和U63 的耐酒精性能研究
• 4.3.5 酒精发酵试验
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介