微切助互作技术处理玉米秸杆工艺条件的研究

论文摘要

能源问题是当今世界最热点最受人类关注的世界性问题之一,随着现代工业的发展和世界人口的激增,能源危机日趋加剧。寻找替代化石燃料的新能源,展开可再生能源的研究与开发,是解决能源问题的关键。目前燃料乙醇的主要原料是玉米和小麦。随着燃料乙醇的快速发展,原料引发粮食安全问题日益突出,成为制约燃料乙醇发展的瓶颈,于是人们又展开了利用含纤维素的非粮食作物产乙醇的研究。纤维素乙醇来源于农作物秸秆,而不是粮食作物。是将来燃料乙醇发展的重要方向。目前,以木质纤维素为原料进行预处理的方法主要有物理法、化学法、物理化学法和生物法,如机械粉碎、蒸汽爆破、微波和超声波处理、碱处理、有机溶液处理和稀酸处理等,这些方法都存在着诸如成本高、步骤多、过程复杂和得糖率低等缺点。本实验采用微切助互作技术处理玉米秸杆,将机械粉碎与生物化学方法相结合,即玉米秸秆纤维素与富含纤维素酶的绿色木霉在机械粉碎的作用下使菌体破壁,释放纤维素酶,与纤维素充分结合提高玉米秸杆中纤维素的水解率。通过实验研究显示微切助互作技术处理玉米秸杆的确定了最佳条件为底物浓度为50g/L;纤维素酶用量为1g/L,反应温度为50℃,反应pH为4.6。微切粉碎研磨时间选择30min。在上述最佳条件下玉米秸杆微切助互作技术预处理的水解率可达到43.72%。酸水解、碱水解和酶水解方法在各自最佳反应条件下进行实验得出,碱处理法的反应时间较长,50h时水解率为49.83%。酸处理的时间相对较少,3h时水解率为26.71%,酶水解8.5h秸秆粗粉水解率为7.56%,经超微粉碎的秸秆微粉水解率为29.01%,与经微切助互作技术处理的水解率进行比较得出此技术对玉米秸杆的处理的效率明显优于其他方法。并且反应体系没有引入其他物质,没有副产物和其他杂质的产生,为后续的发酵生产乙醇提供了优质的原料。微切助互作技术为木质纤维素原料提供了新的预处理途径。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 玉米秸秆的组成及性质
• 1.1.1 玉米秸秆的组成
• 1.1.2 玉米秸秆的性质
• 1.1.2.1 纤维素（cellulose）
• 1.1.2.2 半纤维素（hemicellulose）
• 1.1.2.3 木质素（lignin）
• 1.2 木质纤维素预处理方法
• 1.2.1 物理方法
• 1.2.1.1 机械微粒粉碎
• 1.2.1.2 蒸汽爆裂
• 1.2.1.3 微波和超声波处理
• 1.2.1.4 高能辐射
• 1.2.2 化学法
• 1.2.2.1 酸预处理
• 1.2.2.2 碱处理
• 1.2.2.3 氧化处理
• 1.2.3 物理化学结合法
• 1.2.4 生物处理法
• 1.3 纤维素酶
• 1.3.1 纤维素酶组成和性质
• 1.3.2 纤维素酶的水解机理
• 1.3.3 纤维素酶的应用
• 1.4 本论文的研究目的与内容
• 1.4.1 研究目的
• 1.4.2 研究内容
• 第二章 微切助互作技术工艺条件的研究
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 材料
• 2.1.1.1 仪器
• 2.1.1.2 试剂
• 2.1.1.3 供试材料
• 2.1.2 方法
• 2.1.2.1 原料的预处理
• 2.1.2.2 玉米秸秆的水分测定
• 2.1.2.3 柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液的制备
• 2.1.2.4 供试品溶液的制备
• 2.1.2.5 显色液的配制
• 2.1.2.6 葡萄糖标准曲线的绘制
• 2.1.2.7 还原糖的测定方法
• 2.1.2.8 水解率计算
• 2.1.2.9 绿色木霉中所含纤维素酶的活力测定
• 2.1.2.10 不同因素对秸杆纤维素水解率的影响
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 葡萄糖标准曲线的绘制
• 2.2.2 酶活力的检测结果
• 2.2.3 不同因素对秸杆纤维素水解率的影响结果
• 2.2.3.1 底物浓度对水解率影响的结果
• 2.2.3.2 pH 对水解率影响的结果
• 2.2.3.3 温度对水解率影响的结果
• 2.2.3.4 微切粉碎时间对水解率影响的结果
• 2.2.3.5 绿色木霉用量对水解率影响的结果
• 2.3 小结
• 第三章 微切助互作技术与其他方法的比较
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 材料
• 3.1.1.1 仪器
• 3.1.1.2 试剂
• 3.1.1.3 供试材料
• 3.1.2 方法
• 3.1.2.1 原料的预处理
• 3.1.2.2 供试品溶液的制备
• 3.1.2.3 反应产物还原糖测定
• 3.1.2.4 水解率计算
• 3.1.2.5 玉米秸杆的酸处理水解率的测定
• 3.1.2.6 玉米秸杆的碱处理水解率的测定
• 3.1.2.7 玉米秸杆的酶处理水解率的测定
• 3.1.2.8 玉米秸杆微切助互作技术处理水解率的测定
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 玉米秸杆的酸处理水解率的测定结果
• 3.2.2 玉米秸杆碱处理水解率的测定结果
• 3.2.3 玉米秸杆酶处理水解率的测定结果
• 3.2.4 玉米秸杆微切助互作技术处理水解率的测定结果
• 3.2.5 四种处理方法对玉米秸杆水解率的影响
• 3.3 小结
• 第四章 结论
• 4.1 主要结论
• 4.2 创新
• 4.3 进一步需要开展的工作
• 4.4 展望
• 参考文献
• 致谢