论文摘要
面临石油资源的渐趋枯竭,开发新能源成为一项紧迫的任务;面对世界人口的继续膨胀和粮食短缺,用粮食生产乙醇必将受到限制。纤维素类资源来源丰富、品种多、再生时间短,以农作物秸秆为代表的纤维类生物质生产燃料乙醇,被认为是未来解决燃料乙醇原料成本高、原料有限的根本出路,具有良好的发展前景。木质纤维素结构复杂,木质素与半纤维素的包裹作用、纤维素聚集态结构的复杂性以及具有的高结晶度使得纤维素对试剂的可及度低,溶解困难,这直接影响酶与底物的接触,从而影响酶催化水解的糖化率。因此,要充分利用纤维素类资源必须先对其进行有效的预处理。木质纤维素经过预处理后,半纤维素溶解分离,木质素部分裸露,大量的酶吸附到木质素表面,这对酶催化水解纤维素的过程非常不利,所以降低木质素对酶的无效吸附也是很重要的。本论文以生物酶催化降解木质纤维素为核心,研究了超声波协同碱预处理技术及表面活性剂协同酶催化技术,对相关技术参数及影响因素进行分析探讨。本论文在预处理技术研究中主要考察了超声波协同碱复合预处理技术,通过分析,超声波协同碱预处理技术能够有效脱除原料中的木质素,使结晶纤维素的晶格有序化程度降低;纤维素酶催化超声协同碱预处理后的原料反应48h的糖化率为31.46%。非离子型表面活性剂能够提高酶催化水解速率,降低酶在固体表面的吸附。本论文将表面活性剂聚乙二醇(PEG2000,PEG4000,PEG20000)应用于复合酶催化水解木质纤维素过程,主要考察PEG4000的浓度及不同温度下PEG4000对酶催化水解与吸附的影响。酶催化反应的最适条件为:水解温度为50℃、pH值为5.5、摇床转速为120rpm、水解时间为48h、复合酶制剂用量为1.5%、固水比为1:30、表面活性剂(PEG4000)与酶催化水解原料的质量比为0.025g/g。三种表面活性剂的添加均可以提高酶的催化效率,表面活性剂PEG4000在较高温度作用下,酶的催化效率提高了51.06%,纤维素酶的吸附量降低了11.25%。本文还对PEG对酶催化作用机制进行了初步探讨,PEG通过氢键作用和疏水作用吸附于木质素表面,阻止酶与木质素的非特异性捆绑,从而降低酶的非特异性吸附。
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中文摘要ABSTRACT第一章 文献综述1.1 燃料乙醇的研究背景1.1.1 能源问题和粮食危机1.1.2 木质纤维素资源的开发利用1.1.3 国内外燃料乙醇的研究及生产现状1.2 木质纤维素及其预处理糖化过程研究现状1.2.1 天然木质纤维素1.2.2 纤维素酶1.2.3 木质纤维素预处理技术1.2.4 木质纤维素的糖化技术1.3 表面活性剂1.3.1 表面活性剂1.3.2 表面活性剂的作用1.3.3 表面活性剂在植物纤维方面的应用研究现状1.4 非离子表面活性剂1.4.1 非离子表面活性剂的性质1.4.2 非离子表面活性剂在纤维素酶水解中的应用1.4.3 聚氧乙烯型表面活性剂1.5 本论文的研究内容及意义第二章 木质纤维素预处理技术的研究2.1 实验试剂及实验仪器2.2 实验部分2.2.1 原料成分分析2.2.2 还原糖含量的测定方法–DNS 法2.2.3 木质纤维素预处理技术的研究2.3 结果与讨论2.3.1 原料成分分析2.3.2 葡萄糖标准曲线的绘制2.3.3 超声协同碱预处理适宜条件的确定2.3.4 作用时间的确定2.3.5 单位原料糖化功率的确定2.3.6 超声协同碱预处理、碱预处理和超声预处理的比较2.4 本章小结第三章 木质纤维素糖化技术的研究3.1 实验试剂及实验仪器3.2 实验部分3.2.1 复合酶制剂适宜作用条件的确定3.2.2 生物催化固水比的确定3.2.3 表面活性剂的选择实验3.2.4 表面活性剂（PEG4000）的浓度确定实验3.2.5 温度对PEG4000 在酶催化过程中的影响3.2.6 纤维素酶吸附的测定3.3 结果与讨论3.3.1 复合酶制剂适宜作用条件的确定3.3.2 生物催化固水比的确定3.3.3 表面活性剂的选择实验3.3.4 表面活性剂PEG4000 浓度的确定3.3.5 温度对PEG4000 在酶催化过程中的影响3.3.6 PEG4000 对酶吸附与酶催化条件的影响3.4 本章小结第四章 表面活性剂对酶催化作用机制的探讨4.1 纤维素酶的作用机制4.2 纤维素酶催化效率的影响因素4.3 木质素对酶的吸附特性4.4 表面活性剂对纤维素酶催化的影响4.5 表面活性剂对酶催化作用机制探讨4.5.1 表面活性剂的添加对酶催化效率的影响4.5.2 表面活性剂对酶吸附的影响4.5.3 表面活性剂对酶催化的作用机制第五章 结论参考文献发表论文和科研情况说明附录致谢
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