麦草甘油预处理的研究

论文摘要

天然纤维素原料是自然界分布最广,含量最丰富的有机物,但并没有得到很好的利用,所以研究纤维素原料的有效利用具有非常重要的意义。本文以麦草为主要研究对象,对甘油预处理麦草条件的优化,麦草木质素结构分析以及非离子表面活性剂影响纤维素原料酶解等方面进行了研究。麦草经过甘油溶液蒸煮后,其酶解性可有效提高,本文通过对蒸煮过程中甘油浓度、蒸煮时间、蒸煮温度、甘油溶液与麦草的液固比进行优化,得出了70%的甘油液固比为20,在230℃下蒸煮麦草1h是比较合适的,此时纤维素保留率为92%左右,木质素脱除率为74%左右,物料的酶解率为41.3%。通过对比甘油蒸煮前后麦草的电镜照片和红外光谱,麦草经过甘油处理后,脱除了木质素和半纤维素,从而破坏了其复杂的结构,提高了纤维素酶的可及性,从而促进其促进酶解。另外,本文主要对麦草经过甘油蒸煮后分离得到的木质素进行化学结构分析,并将其和麦草中原有的木质素进行对比。可知,两种木质素均是由愈创木基、紫丁香木基和对羟苯基木基三种基本结构单元组成,其中愈创木基单元为主要单元。麦草在蒸煮过程中,连接木质素苯丙烷单体的醚键在蒸煮过程中遭到不同程度的破坏,生成新的酚羟基和醇羟基,从而造成甘油木质素的紫外吸收峰较二氧六环木质素的紫外吸收峰向长波方向移动(红移)。由两种木质素的凝胶色谱可知,二氧六环木质素和甘油木质素的数均相对分子量分别为3172和2241,重均相对分子量分别为6601和2361,多分散系数分别为2.08和1.05。甘油木质素较二氧六环木质素分子量更小更均匀,这种较窄的分子量分布有利于其更广泛的应用。添加非离子性表面活性剂能够提高纤维素原料的酶解,甘油处理后物料经过添加两种非离子表面活性剂吐温80和PEG6000之后的葡萄糖产量分别提高了19.3%和21.2%。通过对非离子表面活性剂浓度的优化,和对其与纤维素酶加入时间的研究得出,加入非离子表面活性剂的最佳浓度为0.05g/g底物,同时为了缩短酶解时间,加入非离子表面活性剂应该和纤维素酶同时加入酶解体系。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 天然纤维素原料及预处理
• 1.1.1 天然纤维素原料定义及特点
• 1.1.2 纤维素原料的成分分析
• 1.1.3 纤维素原料的预处理
• 1.2 非离子表面活性剂在酶解纤维质原料上的应用
• 1.2.1 纤维素酶
• 1.2.2 表面活性剂
• 1.2.3 非离子表面活性剂在酶解纤维素中的应用
• 1.2.4 非离子表面活性剂促进纤维素酶解机理的研究
• 1.3 立题意义和研究的主要内容
• 第二章 材料与方法
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 实验试剂
• 2.1.3 主要实验仪器设备
• 2.2 测定方法
• 2.2.1 原料成分的测定
• 2.2.2 酶解率的计算
• 2.2.3 酶活的测定
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 常压甘油处理促进纤维质原料酶解的优化和机理
• 2.3.2 常压甘油处理纤维质原料脱除木质素机理的研究
• 2.3.3 非离子表面活性剂促进预处理物料酶解及其机理的研究
• 第三章 结果与讨论
• 3.1 常压甘油处理促进纤维质原料酶解的优化和机理
• 3.1.1 最佳酶解时间的确定
• 3.1.2 甘油浓度对麦草酶解的影响
• 3.1.3 液固比对麦草酶解的影响
• 3.1.4 蒸煮温度对麦草酶解的影响
• 3.1.5 蒸煮时间对麦草酶解的影响
• 3.1.6 麦草在甘油蒸煮前后的电镜照片比较
• 3.1.7 麦草在甘油蒸煮前后的红外图谱比较
• 3.1.8 小结
• 3.2 常压甘油处理纤维质原料脱除木质素机理的研究
• 3.2.1 木质素的紫外光谱分析
• 3.2.2 凝胶渗透色谱分析和电镜
• 3.2.3 木质素的红外光谱分析
• 1H-NMR'>3.2.4 木质素¹H-NMR
• 3.2.5 木质素的脱除与"相似相溶"的关系
• 3.3 非离子表面活性剂促进预处理物料酶解及其机理的研究
• 3.3.1 表面活性剂的选择
• 3.3.2 非离子表面活性剂浓度的确定
• 3.3.3 非离子表面活性添加时间的选择
• 3.3.4 非离子表面剂对酶解体系扩散系数的影响
• 3.3.5 非离子表面剂对酶解体系米氏常数的影响
• 3.3.6 非离子表面剂对不含木质素物料酶解的影响
• 3.3.7 非离子表面活性剂对物料的破坏作用
• 3.3.8 非离子表面活性剂对酶解体系中的纤维素酶的影响
• 3.3.9 小结
• 第四章 结论与展望
• 4.1 结论
• 4.2 创新点
• 4.3 问题与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录:作者在攻读硕士学位期间发表的论文