木薯秸秆及莲房生物转化产乙醇的研究

【摘要】：本论文首先对木质纤维素类原料的结构和预处理、木质纤维素类原料产燃料乙醇的工艺进行综述,然后对木薯秸秆和莲房的研究现状等进行了评述。通过综述以往相关工作,发现目前木薯秸秆和莲房被大量堆积或者用于生产菌类,不仅能源利用度低,还可能导致环境污染,影响周围居民生活水平。为了解决此问题,本论文由此立题,利用木薯秸秆和莲房进行生产燃料乙醇的研究,研究内容主要分为以下两部分：第一部分为木薯秸秆预处理及生物转化产乙醇工艺的研究。(1)对微生物发酵木薯秸秆产糖工艺进行了初步研究。采用绿色木霉发酵降解木薯秸秆产糖,得产量1.74mg还原糖儋木薯秸秆。(2)由于第一步产量较低,故对预处理方法的进行了研究以提高还原糖产量。研究三种不同预处理工艺(常规碱、微波／碱、超声波／碱),获得最佳操作条件为2%NaOH微波／碱处理40min,经该工艺处理得到的底物经绿色木霉和酵母菌分步糖化发酵得还原糖产量为3.38mg还原糖/g木薯秸秆,乙醇产量为3.16mg乙醇儋木薯秸秆,同时其产糖率比未优化的1.74 mg还原糖儋木薯秸秆增加了94.25%。(3)采用绿色木霉联合酵母菌的分步糖化发酵工艺对木薯秸秆进行降解,并用单因素及响应面的方法进行了优化,获得最佳产糖工艺为：接种量4×108CFU孢子悬浮液,初始pH 4.6,温度30℃,装液量100 mL,转速150r/min,时间84h,底物浓度1%(w/v),对应的还原糖产量为4.30mg还原糖/g木薯秸秆。(4)采用单因素及响应面的方法优化了发酵木薯秸秆糖化液产乙醇的工艺,最佳产乙醇工艺为：接种4×108CFU酵母菌,初始pH5.0,温度29℃,装液量100 mL,转速150r/min,时间120h,对应的乙醇产量为3.81mg/g木薯秸秆,与未用响应面优化的3.16 mg乙醇/g木薯秸秆相比,增加了20.57%。第二部分为莲房预处理及生物转化产乙醇工艺的研究。(1)采用上述的三种不同的预处理方法对莲房进行预处理,并以重量损失、处理后的化学组分及乙醇产量为指标对莲房进行分析后得到：2%NaOH微波／碱处理30min为最佳预处理条件,并对经该工艺处理后得到的底物进行纤维素酶和酵母菌同步糖化发酵产乙醇的实验,得产率为0.147 g乙醇儋莲房。(2)采用同步糖化发酵工艺对莲房进行降解,并对莲房生物转化产乙醇的工艺进行单因素及响应面的优化。获得最佳工艺为：接种量4×108CFU孢子悬浮液酵母菌,纤维素酶浓度40mg/g莲房,头孢拉定lmg,初始pH 4.9,温度35℃,装液量100mL,摇床转速150r/min,时间48h,底物浓度1%(w/v),对应的乙醇产量为0.241 g乙醇儋莲房,与未用响应面优化的0.147g乙醇/g莲房相比,增加了63.94%。 【关键词】：木薯秸秆 莲房 预处理 乙醇 生物转化
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TQ223.122
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 绪论10-21
• 1.1 引言10-11
• 1.2 木质纤维素原料的结构11-13
• 1.2.1 纤维素11-12
• 1.2.2 半纤维素12
• 1.2.3 木质素12-13
• 1.3 木质纤维素原料的预处理13-16
• 1.3.1 物理法13-14
• 1.3.2 物理化学法14
• 1.3.3 生物法14-15
• 1.3.4 化学法15
• 1.3.5 联合法15-16
• 1.4 纤维素酶及其在木质纤维素降解中的应用16-17
• 1.4.1 纤维素酶的组成及产生菌16
• 1.4.2 纤维素酶解机制16-17
• 1.5 木质纤维素生物转化产乙醇工艺17-19
• 1.5.1 直接发酵法17
• 1.5.2 分步糖化发酵法17-18
• 1.5.3 同步糖化发酵法18
• 1.5.4 非等温同步糖化发酵法18
• 1.5.5 同步糖化共发酵法18
• 1.5.6 固定化细胞法18-19
• 1.6 木薯秸秆的研究现状19
• 1.7 莲房的研究现状19-20
• 1.8 本文研究目的及主要内容20-21
• 第2章 木薯秸秆的预处理及生物转化产乙醇的初步研究21-32
• 2.1 材料21-23
• 2.1.1 仪器21-22
• 2.1.2 药品22-23
• 2.1.3 原料及培养基23
• 2.2 方法23-25
• 2.2.1 斜面培养23-24
• 2.2.2 绿色木霉初步降解木薯秸秆产糖的实验条件24
• 2.2.3 预处理24
• 2.2.4 木薯秸秆生物转化产糖和产乙醇的培养条件24-25
• 2.3 结果25-31
• 2.3.1 绿色木霉初步降解木薯秸秆产糖实验结果25-26
• 2.3.2 碱浓度及操作方法对木薯秸秆重量损失的影响26-27
• 2.3.3 碱浓度及操作方法对木薯秸秆化学组分的影响27-29
• 2.3.4 绿色木霉生物转化木薯秸秆产糖的实验结果29
• 2.3.5 微生物生物转化木薯秸秆产乙醇的实验结果29-31
• 2.4 小结31-32
• 第3章 木薯秸秆生物转化产乙醇工艺优化的研究32-45
• 3.1 材料32
• 3.2 方法32-34
• 3.2.1 底物的制备32
• 3.2.2 不同温度对木薯秸秆生物转化产糖的影响32
• 3.2.3 不同pH对木薯秸秆生物转化产糖的影响32-33
• 3.2.4 不同接种量对木薯秸秆生物转化产糖的影响33
• 3.2.5 木薯秸秆生物转化产糖工艺优化的研究33
• 3.2.6 不同温度对木薯秸秆生物转化产乙醇的影响33
• 3.2.7 不同pH对木薯秸秆生物转化产乙醇的影响33-34
• 3.2.8 不同接种量对木薯秸秆生物转化产糖的影响34
• 3.2.9 木薯秸秆生物转化产乙醇工艺优化的研究34
• 3.3 结果34-43
• 3.3.1 不同温度对木薯秸秆生物转化产糖的影响的实验结果34-35
• 3.3.2 不同pH对木薯秸秆生物转化产糖影响的实验结果35
• 3.3.3 不同接种量对木薯秸秆生物转化产糖影响的实验结果35-36
• 3.3.4 木薯秸秆生物转化产糖响应面优化结果与分析36-39
• 3.3.5 不同温度对木薯秸秆生物转化产乙醇的影响的实验结果39
• 3.3.6 不同pH对木薯秸秆生物转化产乙醇影响的实验结果39-40
• 3.3.7 不同接种量对木薯秸秆生物转化产乙醇影响的实验结果40
• 3.3.8 木薯秸秆生物转化产乙醇响应面优化结果与分析40-43
• 3.4 结论43-45
• 第4章 莲房的预处理及生物转化产乙醇的初步研究45-52
• 4.1 材料45-46
• 4.1.1 仪器和药品45
• 4.1.2 原料及培养基45-46
• 4.2 方法46
• 4.2.1 斜面培养46
• 4.2.2 预处理46
• 4.2.3 莲房生物转化的培养条件46
• 4.3 实验结果46-50
• 4.3.1 碱浓度及操作方法对莲房重量损失的影响46-48
• 4.3.2 碱浓度及操作方法对莲房化学组分的影响48-49
• 4.3.3 微生物生物转化莲房产乙醇的实验结果49-50
• 4.4 小结50-52
• 第5章 莲房生物转化产乙醇工艺优化的研究52-59
• 5.1 材料52
• 5.2 方法52-53
• 5.2.1 底物的制备52
• 5.2.2 不同酶浓度对莲房生物转化产乙醇的影响52
• 5.2.3 不同pH对莲房生物转化产乙醇的影响52-53
• 5.2.4 不同温度对莲房生物转化产乙醇的影响53
• 5.2.5 莲房生物转化产乙醇工艺优化的研究53
• 5.3 结果53-58
• 5.3.1 不同酶浓度对莲房生物转化产乙醇影响的实验结果53-54
• 5.3.2 不同pH对莲房生物转化产乙醇影响的实验结果54
• 5.3.3 不同温度对莲房生物转化产乙醇影响的实验结果54-55
• 5.3.4 莲房生物转化产乙醇响应面优化结果与分析55-58
• 5.4 结论58-59
• 第6章 总结与工作展望59-62
• 6.1 总结59-61
• 6.2 工作展望61-62
• 致谢62-63
• 参考文献63-69
• 攻读学位期间的研究成果69

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