芦竹原料生产纤维素酶与发酵产乙醇的工艺研究

论文摘要

中国是一个经济飞速发展、具有世界上最多人口的发展中国家。如何让中国的能源来源多元化,尤其是发展生物能源和生物乙醇产业在我国经济社会发展中具有战略性意义。然而,当今的生物乙醇产业主要使用粮食作为原料,而发展粮食乙醇产业对于我国的食品安全是一个重大的威胁。这使得发展以非粮作物为原料的生物乙醇产业在我国具有尤为重要的意义。根据我国农业和食品工业的现状,利用玉米秸秆,玉米芯,大米秸秆和小麦秸秆等以纤维素为主要成分的农业废弃物作为原料生产乙醇具有广阔的前景。在以木质纤维素为原料的乙醇工业中,稀酸水解法已经被使用了超过50年。然而,由于稀酸水解法的选择性不好,副产品又多,其他的技术也在不断的发展中,其中酶解法因其产糖量高、对环境友好而备受亲睐。本论文以汽爆芦竹为原料、用斜卧青霉JUA10-1和瑞氏木霉T1-1c作为产酶菌株进行了纤维素水解产乙醇的工艺研究。通过试验不同的糖化发酵方法使乙醇的生产工艺得到了优化。实验证实,尽管同步糖化发酵法可以去除纤维二糖和葡萄糖所造成的产物抑制,但半同步糖化发酵法在低底物浓度时乙醇的产率较高。在半同步糖化发酵法中,较长的糖化时间可以得到较高的乙醇产率。我们对以斜卧青霉JUA10-1和瑞氏木霉T1-1c作为产酶菌株时的乙醇产率进行了比较,并得到了不同的趋势,这可能和不同菌株之间酶系的差异有关。同时也比较了斜卧青霉JUA10-1和瑞氏木霉T1-1c在以芦竹为底物时的纤维素酶生产,为纤维素酶的中试生产提供了工艺参数。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 背景
• 1.1.1 纤维素乙醇研究的意义
• 1.1.2 纤维素乙醇生产现状及研究
• 1.2 纤维素原料的预处理
• 1.2.1 纤维素原料来源及结构特点
• 1.2.2 纤维素原料的预处理方法
• 1.3 纤维素乙醇生产工艺
• 1.3.1 分步水解发酵工艺
• 1.3.2 同步糖化发酵工艺
• 1.3.3 同步糖化共发酵工艺
• 1.3.4 产酶和同步糖化发酵工艺的整合
• 1.3.5 统合生物工艺
• 1.4 本文研究目的与内容
• 第二章 不同霉菌发酵产纤维素酶的工艺控制及酶液活性分析
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 菌株、培养基及培养条件
• 2.1.2 常用试剂
• 2.1.3 常用仪器设备
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 菌种培养方法
• 2.2.2 1L发酵罐发酵产酶控制方法
• 2.2.3 酶活力测定方法
• 2.2.4 蛋白量测定方法
• 2.3 结果与分析
• 2.3.1 发酵产酶过程分析
• 2.3.2 粗酶液酶活与蛋白量的测定
• 2.3.3 粗酶液处理
• 2.4 讨论
• 第三章 利用纤维素酶同步糖化发酵产乙醇的工艺研究
• 3.1 实验材料
• 3.1.1 菌株、原料及培养条件
• 3.1.2 常用试剂
• 3.1.3 常用仪器设备
• 3.2.实验方法
• 3.2.1 色谱定量标准曲线的绘制
• 3.2.2 待测样品的处理
• 3.2.3 葡萄糖、纤维二糖、木糖、乙醇生成量的计算方法
• 3.2.4 乙醇转化率计算方法
• 3.2.5 同步糖化发酵操作方法
• 3.3 结果与分析
• 3.3.1 纤维素糖化降解分析
• 3.3.2 乙醇生产量分析
• 3.4 讨论
• 第四章 利用纤维素酶半同步糖化发酵产乙醇的工艺研究
• 4.1 实验材料
• 4.1.1 菌株、原料及培养条件
• 4.1.2 常用试剂
• 4.1.3 常用仪器设备
• 4.2.实验方法
• 4.2.1 色谱定量标准曲线的绘制
• 4.2.2 待测样品的处理
• 4.2.3 葡萄糖、纤维二糖、木糖、乙醇生成量的计算方法
• 4.2.4 乙醇转化率计算方法
• 4.2.5 糖化发酵操作方法
• 4.3 结果与分析
• 4.3.1 糖化过程纤维素降解分析
• 4.3.2 发酵过程纤维素降解及乙醇转化分析
• 4.4 讨论
• 全文总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 学位论文评阅及答辩情况表