麦草生物转化法制备燃料乙醇及废液中木聚糖的分离

论文摘要

本文研究了以麦草为原料生物转化法制备燃料乙醇,以及乙醇沉淀法分离蒸煮废液和洗涤液中的木聚糖。预处理采用酸催化乙醇法制浆,预处理后原料组分分离成富含纤维素的固体部分、乙醇木质素和可溶于水的半纤维素糖类及其它组分,纤维组分得率为50%。实验采用乙醇沉淀法分离木聚糖,乙醇浓度达到85%时,沉淀出的木聚糖达到最大,100g麦草原料可分离出5g木聚糖。气相色谱法分析分离出的木聚糖,木聚糖含量为11.1%。采用木聚糖酶将分离出的木聚糖水解成木糖。对底物浓度、酶解时间、酶用量和摇床转速等因素分别进行单因素试验,通过液相色谱法测定木糖含量,在温度50℃,水解液pH8时,得到优化的酶解条件为酶用量450IU／g绝干木聚糖,酶解时间25h,底物质量浓度1%,摇床转速180r／min。用木聚糖酶将浆中的木聚糖水解成木糖,木糖相对于绝干浆的水解得率为14.89%,蒸煮100g麦草,浆中和废液中木聚糖的总量为11.55g。用纤维素酶将浆中的纤维素水解成葡萄糖,酶解得率为63.5%。采用天津科技大学生物工程学院保藏的酿酒酵母AY-5将葡萄糖发酵成乙醇。设计正交试验,研究发酵液的起始pH值、接种量、培养时间和培养温度对酿酒酵母AY-5产乙醇的影响。通过测定乙醇浓度,得到优化的发酵条件为起始pH5.5、接种量15%、培养时间48h、培养温度30℃,糖醇转化率为49%,达到理论转化率的96%。100g麦草可产乙醇15.56g。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 前言
• 1.1 燃料乙醇发展的历史及意义
• 1.2 燃料乙醇在国内外的发展状况
• 1.2.1 燃料乙醇在国外的发展状况
• 1.2.2 国内燃料乙醇发展状况
• 1.3 植物纤维原料
• 1.4 原料的预处理
• 1.4.1 物理法
• 1.4.2 化学法
• 1.4.3 生物法
• 1.5 燃料乙醇的生产方法
• 1.5.1 化学合成法
• 1.5.2 生物发酵法
• 1.6 发酵菌种
• 1.6.1 发酵葡萄糖生产乙醇的菌种
• 1.6.2 发酵戊糖生产乙醇的菌种
• 1.6.3 菌种的固定化
• 1.7 发酵方式
• 1.7.1 批式发酵
• 1.7.2 连续发酵
• 1.7.3 补料批式发酵
• 1.8 酵母糖代谢机理
• 1.9 乙醇的回收及脱水
• 1.10 木聚糖酶
• 1.10.1 木聚糖酶的分类
• 1.10.2 木聚糖酶的性质
• 1.10.3 木聚糖酶的生产工艺
• 1.10.4 木聚糖酶的作用机理
• 1.10.5 木聚糖酶活性的测定方法
• 1.11 研究的目的和内容
• 1.11.1 本论文研究的目的及意义
• 1.11.2 本论文研究内容
• 2 木聚糖的制备及分析
• 2.1 木聚糖的制备
• 2.1.1 麦草原料
• 2.1.2 实验试剂
• 2.1.3 实验仪器
• 2.1.4 实验方法
• 2.1.5 结果与讨论
• 2.2 气相色谱分析木聚糖
• 2.2.1 实验仪器
• 2.2.2 实验试剂
• 2.2.3 用于气相色谱分析的样品处理方法
• 2.2.4 气相色谱分析方法
• 2.2.5 实验结果与讨论
• 2.3 本章结论
• 3 木聚糖原料的酶法水解
• 3.1 实验仪器
• 3.2 实验材料
• 3.3 木聚糖酶酶活的测定
• 3.3.1 木聚糖酶最适宜pH值的测定
• 3.3.2 木聚糖酶最适宜温度的测定方法
• 3.3.3 绘制木聚糖酶最适宜pH值和温度下的木糖标准工作曲线
• 3.3.4 木聚糖酶酶活的测定方法
• 3.4 木聚糖水解液的制备方法
• 3.5 液相色谱法测定水解液中木糖的浓度
• 3.5.1 溶液配制
• 3.5.2 木糖标准工作曲线的制作方法
• 3.5.3 用于液相色谱分析的样品制备方法
• 3.5.4 液相色谱分析方法
• 3.6 测定结果与讨论
• 3.6.1 pH=4.8,50℃时的木糖标准工作曲线
• 3.6.2 pH值与酶活力的关系
• 3.6.3 温度与酶活力的关系
• 3.6.4 pH=8,60℃时的木糖标准工作曲线
• 3.6.5 木聚糖酶活性测定结果
• 3.6.6 液相色谱分析结果
• 3.6.7 木聚糖的酶水解结果
• 3.7 本章结论
• 4 植物纤维素原料发酵乙醇
• 4.1 实验材料
• 4.1.1 菌株
• 4.1.2 培养基
• 4.1.3 纤维素酶
• 4.2 实验仪器
• 4.3 实验方法
• 4.3.1 种子的制备方法
• 4.3.2 细胞浓度的测定
• 4.3.3 糖化液的制备方法
• 4.3.4 葡萄糖的测定方法
• 4.3.5 木糖的测定方法
• 4.3.6 纤维素酶活性的测定
• 4.3.7 乙醇的测定
• 4.4 各因素对乙醇发酵的影响机理
• 4.4.1 初始pH值对乙醇发酵的影响
• 4.4.2 接种量对乙醇发酵的影响
• 4.4.3 培养温度对乙醇发酵的影响
• 4.4.4 培养时间对乙醇发酵的影响
• 4.5 糖化液的乙醇发酵实验
• 4.5.1 转化率的计算
• 4.5.2 正交实验设计
• 4.5.3 乙醇浓度随时间变化的实验
• 4.6 结果与讨论
• 4.6.1 种子液中酵母菌细胞浓度
• 4.6.2 纤维素酶活的测定结果
• 4.6.3 酶法水解乙醇麦草浆结果
• 4.6.4 正交实验结果
• 4.6.5 残余葡萄糖和乙醇浓度随时间变化的结果
• 4.7 本章结论
• 5 全文总结
• 6 展望
• 6.1 本论文的创新之处
• 6.2 需要进一步研究的内容
• 7 参考文献
• 8 攻读硕士期间论文发表情况
• 9 致谢