辐照预处理提高小麦秸秆酶解产糖的研究

论文摘要

可再生能源是一个应对能源短缺和环境恶化的有效途径之一。而生物质能源作为储量最为丰富的可再生能源之一,近年来受到了越来越多的关注。利用木质纤维素生成生物乙醇或其它生物制品的瓶颈是如何有效的破坏原料的结构以增加其反应性能。很多方法被广泛的应用于木质纤维素原料的预处理,如物理、化学、物理-化学、生物方法等。本文研究了γ射线辐射预处理麦秸的辐照效应及辐照后效应。实验结果表明,辐照预处理能明显破坏麦秸的结构。随辐照剂量增加,麦秸质量损失增大,粒度分布向细颗粒方向迁移。辐照与粉碎结合预处理有明显的协同效应,较适宜的预处理条件为500 kGy、粒度为140目,葡萄糖得率为10.2%。辐照后效应对麦秸酶解产糖有明显的影响,以50、100、200、300和400 kGy辐照的麦秸酶解,其辐照后效应与初始效应的比值分别为12.9%、14.9%、8.9%、9.1%（产还原糖）和20.1%（产葡萄糖）。通过考察辐照剂量、辐照与NaOH组合顺序、NaOH浓度、NaOH浸泡时间等因素,研究了用100 kGy剂量辐照与NaOH温和浸泡协同预处理工艺。通过对还原糖得率、组分改变、表面形态、结晶度等的分析,对该协同工艺的作用机理进行了探讨。实验结果表明,辐照与NaOH协同预处理,可以大大提高还原糖得率,协同效应明显。较适宜的组合预处理工艺为100 kGy辐照加2%NaOH浸泡1 h后,其酶解还原糖得率达到理论产率的78.2%。单纯用100 kGy剂量辐照对麦秸的组分、表面形态及结晶度的改变不明显,但可以大大降低后续碱浸泡所需的用量和时间。对100 kGy辐照加2%NaOH浸泡1 h的小麦秸秆的酶解条件进行了优化,其最佳酶解参数为:酶的用量为50 mg/g底物,底物量为1 g/50 ml缓冲液,温度为50℃,pH为4.8,酶解时间为48 h。在此条件下,小麦秸秆的酶解还原糖得率为80.15%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 生物质能源发展状况
• 1.2 木质纤维素的结构
• 1.2.1 木质纤维素的概念
• 1.2.2 纤维素的组成与结构
• 1.2.3 半纤维素的组成与结构
• 1.2.4 木质素的组成与结构
• 1.3 木质纤维素的预处理
• 1.3.1 木质纤维素预处理的意义
• 1.3.2 木质纤维素预处理方法
• 1.4 木质纤维素辐射预处理
• 1.4.1 电离辐射和辐射源
• 1.4.2 辐射化学基本原理
• 1.4.3 木质纤维素辐射预处理
• 1.4.4 木质纤维素辐射预处理研究状况
• 1.5 木质纤维素的酶法水解
• 1.5.1 纤维素酶的来源与结构
• 1.5.2 纤维素酶的反应机理
• 1.6 本文主要研究内容
• 第2章 γ射线辐照及机械粉碎对小麦秸秆的影响
• 2.1 引言
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 材料与试剂
• 2.2.2 主要仪器设备
• 2.2.3 实验方法
• 2.2.4 分析方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 小麦秸秆组分
• 2.3.2 机械粉碎预处理对麦秸酶解的影响
• 2.3.3 γ射线辐照效应对小麦秸秆的影响
• 2.4 本章小结
• 第3章 γ射线辐照后效应对小麦秸秆的影响
• 3.1 引言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 材料与试剂
• 3.2.2 主要仪器设备
• 3.2.3 实验方法
• 3.2.4 分析方法与相关定义
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 辐照后效应对葡萄糖得率的影响
• 3.3.2 辐照后效应对还原糖得率的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 麦秸 γ 辐照与 NaOH 协同预处理的研究
• 4.1 引言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 材料与试剂
• 4.2.2 主要仪器设备
• 4.2.3 实验方法
• 4.2.4 分析方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 辐照剂量对纤维素酶水解产糖的影响
• 4.3.2 辐照与NaOH 的协同预处理
• 4.3.3 组合预处理对小麦秸秆成分及结构的影响
• 4.4 本章小结
• 第5章 酶解工艺参数的优化
• 5.1 引言
• 5.2 材料与方法
• 5.2.1 材料与试剂
• 5.2.2 主要仪器设备
• 5.2.3 实验方法
• 5.2.4 分析方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 酶用量对酶解率的影响
• 5.3.2 底物量对酶解率的影响
• 5.3.3 酶解温度对酶解率的影响
• 5.3.4 酶解pH 值对酶解率的影响
• 5.3.5 酶解时间对酶解率的影响
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录