Fe-Mn-Mg离子对稻草秸秆酶解糖化的影响

【摘要】：农作物秸秆来源丰富,价格低廉,富含纤维素和半纤维素,是生产燃料酒精的重要原料。燃料酒精的制备主要包括预处理、糖化、发酵和分离提纯四个阶段。其中,糖化工艺既是检验预处理效果又是为发酵工艺提供原料的关键步骤。因此研究的焦点之一就是如何高产量低成本的获得还原糖。本论文以稻草秸秆为原料,液化预处理后,在糖化过程中添加微量金属离子,从优化工艺参数出发,以产糖量为表征,考察金属离子的单独作用和联合作用对酶解糖化过程的影响,并探究金属离子的作用机理。液化预处理结果表明,预处理后的稻草秸秆纤维素含量提高了20.9%,半纤维素和木质素含量分别降低了12.3%和5.35%,电镜扫描结果发现稻草秸秆预处理后结构松散,比表面积和孔隙度都大大增加,有利于纤维素酶和液化底物充分接触反应,提高酶解效果。在糖化过程中分别添加Mn2+和Fe2+离子,通过单因素实验优化研究金属离子添加量、酶用量、温度和时间对酶解糖化的影响。结果表明,在相同时间条件下,产糖量Fe2+离子组Mn2+离子组空白组。添加Mn2+离子时酶用量从空白组的25mg/g下降为20mg/g,添加Fe2+离子酶用量和空白组一致。适宜的酶解温度由50℃(空白)下降为40℃(Mn2+离子)和35℃(Fe2+离子)。在糖化过程中添加Mn2+和Fe2+离子能破坏纤维素的晶型结构,增加纤维素酶和液化底物的接触面积,同时还能提高酶活性,从而提高酶解效率,减少能耗。通过单因素实验和正交优化实验考察了Mg2+和Fe3+离子的单独作用对酶解糖化过程的影响。结果表明,空白组的较优工艺条件为酶用量25mg/g,温度50℃,糖化时间60h,产糖量343mg/g;Mg2+离子组的较优工艺条件为Mg2+离子添加量2mg/g,酶用量20mg/g,温度50℃,时间96h,产糖量高达477mg/g;Fe3+离子组的较优工艺条件为Fe3+离子添加量4mg/g,酶用量25mg/g,温度40℃,时间108h,产糖量达到400mg/g。在较优组合条件下,添加Mg2+和Fe3+离子产糖量相较于空白组分别提高了134mg/g和57mg/g。这与单因素实验所得结论在相同条件下产糖量Mg2+离子组Fe3+离子组空白组一致。探讨了Mg2+和Fe3+离子联合作用对稻草秸秆酶解糖化的影响。通过正交实验得到的较优工艺是在糖化过程中添加30mg/g纤维素酶和1:2的Mg2+、Fe3+离子,在40℃的温度条件下酶解84h,得到346mg/g还原糖。单因素结果表明Mg2+和Fe3+离子的联合作用比各自单独作用更有助于酶解效率的提高。 【关键词】：稻草秸秆 酶解糖化 金属离子 单独及联合作用
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ223.122;X712
【目录】：

• 中文摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 绪论8-18
• 1.1 研究目的与意义8-9
• 1.1.1 研究意义8-9
• 1.1.2 研究目的9
• 1.2 国内外研究现状9-15
• 1.2.1 概述9-12
• 1.2.2 木质纤维素预处理12-14
• 1.2.3 糖化工艺14-15
• 1.2.4 金属离子对糖化过程的影响15
• 1.3 论文主要研究内容及技术路线15-18
• 1.3.1 研究内容15-16
• 1.3.2 技术路线16-18
• 2 实验材料与方法18-26
• 2.1 实验材料与设备18-19
• 2.1.1 实验材料18
• 2.1.2 药品配制18
• 2.1.3 实验主要仪器设备18-19
• 2.2 测试方法19-22
• 2.2.1 稻草秸秆中水分和灰分含量的测定19
• 2.2.2 稻草秸秆中纤维素、半纤维素和木质素的测定19-20
• 2.2.3 稻草秸秆预处理前后结构分析20
• 2.2.4 还原糖浓度测定20-22
• 2.3 稻草秸秆预处理22-26
• 2.3.1 液化预处理技术23
• 2.3.2 稻草秸秆液化预处理23-24
• 2.3.3 预处理前后秸秆的理化指标测定24
• 2.3.4 预处理前后秸秆形态结构表征24-26
• 3 Mn~(2+)和Fe~(2+)离子对稻草秸秆酶解糖化的影响26-34
• 3.1 概述26
• 3.2 实验设计26-27
• 3.3 Mn~(2+)、Fe~(2+)离子的添加量对稻草秸秆糖化影响27-28
• 3.4 酶用量对稻草秸秆糖化影响28-29
• 3.5 温度对稻草秸秆糖化影响29-30
• 3.6 酶解时间对稻草秸秆糖化影响30-32
• 3.7 本章小结32-34
• 4 Mg~(2+)和Fe~(3+)离子对稻草秸秆酶解糖化的影响34-45
• 4.1 概述34-35
• 4.2 实验设计35-36
• 4.3 影响稻草秸秆糖化的因素36-41
• 4.3.1 Mg~(2+)、Fe~(3+)离子的添加量对稻草秸秆糖化影响36-37
• 4.3.2 酶用量对稻草秸秆糖化影响37-38
• 4.3.3 温度对稻草秸秆糖化影响38-39
• 4.3.4 时间对稻草秸秆糖化影响39-41
• 4.4 稻草秸秆糖化工艺优化41-44
• 4.5 本章小结44-45
• 5 Mg~(2+)和Fe~(3+)离子联合作用对稻草秸秆糖化的影响45-53
• 5.1 概述45
• 5.2 实验设计45-46
• 5.3 影响稻草秸秆糖化的因素46-50
• 5.3.1 金属离子比例对稻草秸秆酶解糖化的影响47
• 5.3.2 酶用量对稻草秸秆酶解糖化的影响47-48
• 5.3.3 温度对稻草秸秆酶解糖化的影响48-49
• 5.3.4 时间对稻草秸秆酶解糖化的影响49-50
• 5.4 稻草秸秆糖化工艺优化50-51
• 5.5 本章小结51-53
• 6 结论与建议53-55
• 6.1 结论53-54
• 6.2 建议54-55
• 致谢55-57
• 参考文献57-63
• 附录63
• A. 攻读硕士学位期间发表的论文63
• B. 攻读硕士学位期间参加的科研项目63
• C. 攻读硕士学位期间获得的荣誉63

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