担子菌—碱预处理秸秆工艺研究

论文摘要

随着全球性能源危机、粮食危机及环境危机的到来,对可再生纤维质燃料乙醇生产研究的意义重大。本文对玉米秸秆原料的生物-化学预处理,纤维素水解糖化及玉米秸秆的还原糖的乙醇发酵进行了系统研究。针对玉米秸秆中纤维素难直接被纤维素酶水解的特点,评价了两株白腐菌及两株褐腐菌对秸秆降解不同天数后辅以1.76 g/L NaOH、0.9% H2O2以20 g/L的底物浓度的碱处理进一步释放秸秆中纤维素的预处理效果,结果表明,Hyrophous sp.69处理15天后辅以温和碱处理的秸秆,可被50 FPU/g的纤维素酶释放0.430 g/g（秸秆）的还原糖,糖化糖化率达71.7%,比单纯碱处理的秸秆提高了34.9%。进一步优化了辅助生物预处理的化学处理方案。先通过比较八种化学处理效果证明NaOH/H2O2最佳,还原糖转化率提高到83.51%;再用正交实验优化NaOH/H2O2对Hyrophous sp.69降解15天秸杆纤维残渣的处理条件,结果表明,辅助生物法的最适化学预处理条件:7g/L NaOH,0.7%H2O2与50g/L底物作用24 h,可被50 FPU/g纤维素酶释放0.447 g（还原糖）/g（秸秆）,糖化率达74.5%。采用响应面实验优化了预处理后秸秆纤维残渣酶解时酶负荷、温度、转速、pH值、酶解底物浓度及反应时间,并探究了Tween-80对酶解的作用。结果表明,最适条件为20 g/L酶解底物浓度,pH 4.8,200 r/min,49℃,及添加2% tween-80下酶解48 h,可被30 FPU/g的纤维素酶释放0.477 g（还原糖）/g（秸秆）,糖化率达到79.6%,比相同条件下单纯碱处理提高了44.7%。通过评价最优条件预处理后秸秆与单纯碱处理秸秆在最优条件下的分步及同步糖化发酵可知,其分步糖化发酵的乙醇相对得率比单纯碱处理秸秆提高了40.5%;同步糖化发酵的乙醇相对得率比单纯碱处理秸秆提高了17.0%,证明担子菌生物预处理的引入对后期的酵母发酵无负面影响作用。此研究结果不仅具有一定学术价值,且在促进可再生木质纤维资源的转化利用、缓解粮食危机、降低燃料乙醇生产成本等方面有着现实可行意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 概论
• 1.1 研究现况
• 1.2 课题的提出与设计
• 2 担子菌生物预处理菌株的筛选
• 引言
• 2.1 材料与方法
• 2.2 结果与分析
• 2.3 本章小结
• 3 辅助生物预处理的化学预处理方法的比较及优化
• 引言
• 3.1 材料与方法
• 3.2 结果与分析
• 3.3 本章小结
• 4 预处理后玉米秸秆酶解糖化条件优化
• 引言
• 4.1 材料与方法
• 4.2 结果与分析
• 4.3 本章小结
• 5 担子菌-化学预处理秸秆转化乙醇的评价
• 引言
• 5.1 材料与方法
• 5.2 结果与讨论
• 5.3 本章小结
• 6 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读硕士学位期间发表论文
• 附录2 论文所用主要设备名录