玉米秸秆酶法水解预处理技术研究

【摘要】：我国玉米秸秆资源十分丰富，但是这些资源长期没有得到合理的利用，约2/3被焚烧，造成资源浪费和环境污染。利用玉米秸秆发酵生产燃料乙醇，L-乳酸等高附加值产品，不仅可以减少环境污染，还可以为L-乳酸的生产提供新的原料来源。提高酶法水解效率的关键是酶解前的预处理。 本文对比分析了机械粉碎预处理和化学蒸煮预处理后玉米秸秆的纤维素酶酶法水解效果，探讨了麦芽酶系和纤维素酶共同降解玉米秸秆的作用，分析了玉米秸秆酶解产物特性及酶解机理。 玉米秸秆的纤维素酶解效果与预处理有直接关系，用机械法粉碎可以有效提高酶解效率，玉米秸秆机械粉碎强度增加，酶解产生的葡萄糖含量逐渐增加。当粉粒粒度达到100-300nm时，产生的葡萄糖含量迅速增长，大约是40～60目玉米秸秆粉产生葡萄糖量的6倍。化学蒸煮预处理玉米秸秆纤维，在大颗粒（小于200目）时，酶解更具有优势。实验结果还表明：玉米秸秆粉碎强度逐渐增加，纤维素被破坏越程度逐渐增加，聚合度逐渐降低，酶解产量增加，同时木素更容易被溶出。 麦芽酶系对纤维素酶降解玉米秸秆起到一定的协同作用，其共同降解玉米秸秆产生的葡萄糖量比单独使用纤维素酶水解产生的葡萄糖量显著提高。麦芽质量增加，对纤维素酶的协同作用增强。并且，在纤维素酶用量较低的条件下，麦芽酶系对纤维素酶的协同作用比较显著。80℃高温处理后的麦芽酶系对纤维素酶仍然具有协同作用，通过酶活力测定结果可以推测：对纤维素酶降解玉米秸秆起主要作用的麦芽酶系是α-淀粉酶，蛋白酶和多酚氧化酶。 通过对玉米秸秆酶解产物特性及机理的研究得到：纤维素酶降解玉米秸秆粉时，不仅生成葡萄糖，同时也会产生木糖。经气--质谱法分析初步判断，玉米秸秆酶解产物中葡萄糖含有旋光异构体，即水解液中葡萄糖是D-型葡萄糖和L-型葡萄糖混合体。纤维素酶解时，随着玉米秸秆粒度逐渐变小，酶水解能够不同程度的破坏木素-碳水化合物之间的醚键，糖苷键，缩醛键等连接方式。粒度越小，水解糖量越高。当玉米秸秆的粒度为100-300nm时，在pH4.8的酸性条件下，能溶出一定量的木糖。 【关键词】：玉米秸秆 预处理 纤维素酶 麦芽酶系 D-葡萄糖 L-葡萄糖
【学位授予单位】：大连工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TQ353
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 文献综述10-23
• 1.1 玉米秸秆利用的意义10
• 1.2 玉米秸秆预处理技术10-16
• 1.2.1 物理方法11-12
• 1.2.2 化学方法12-14
• 1.2.3 物理化学方法14-15
• 1.2.4 生物方法15
• 1.2.5 各种预处理方法的组合使用15-16
• 1.3 玉米秸秆的酶解研究16-18
• 1.3.1 纤维素酶的组成及作用机理16-17
• 1.3.2 纤维素酶的来源17-18
• 1.3.3 不同种类的酶协同降解纤维素18
• 1.4 麦芽复合酶系18-19
• 1.4.1 麦芽酶系的种类18-19
• 1.4.2 麦芽酶系的最适作用条件19
• 1.5 纤维素酶解的影响因素19-20
• 1.5.1 纤维素结构对酶解的影响19-20
• 1.5.2 温度和 pH 对酶解的影响20
• 1.5.3 抑制剂及激活剂20
• 1.5.4 酶用量对酶解的影响20
• 1.6 糖类物质的研究20-21
• 1.7 总结21-22
• 1.8 本文主要内容22
• 1.9 本文主要创新点22-23
• 第二章 玉米秸秆的预处理及酶解研究23-40
• 2.1 实验材料23
• 2.2 实验仪器23-24
• 2.3 实验药品24
• 2.4 实验方法24-31
• 2.4.1 玉米秸秆成分分析24-28
• 2.4.2 纤维素酶活力的测定28-29
• 2.4.3 酶解方法29
• 2.4.4 酶解液中木素含量的测定29
• 2.4.5 聚合度的测定29-30
• 2.4.6 化学预处理后玉米秸秆的酶解30-31
• 2.5 结果与讨论31-39
• 2.5.1 玉米秸秆化学成分31
• 2.5.2 机械粉碎玉米秸秆的酶解研究31-36
• 2.5.2.1 酶解条件的确定32-33
• 2.5.2.2 玉米秸秆粒度对酶解的影响33-34
• 2.5.2.3 酶解液中木素的溶出量34-35
• 2.5.2.4 玉米秸秆粉粒聚合度对酶解的影响35-36
• 2.5.3 化学预处理后玉米秸秆的酶解研究36-37
• 2.5.3.1 酶解条件及纤维素酶用量的选择36-37
• 2.5.3.2 化学蒸煮预处理后玉米秸秆的酶解37
• 2.5.4 玉米秸秆机械粉碎预处理和化学蒸煮预处理酶解效果对比37-39
• 2.6 小结39-40
• 第三章 复合酶系降解玉米秸秆的研究40-49
• 3.1 实验材料40
• 3.2 实验仪器40
• 3.3 实验药品40-41
• 3.4 实验方法41-43
• 3.4.1 纤维素酶活力的测定41
• 3.4.2 α-淀粉酶活力测定41-42
• 3.4.3 蛋白酶活力测定42-43
• 3.4.4 多酚氧化酶活力测定43
• 3.4.5 麦芽的协同作用实验43
• 3.5 结果与讨论43-48
• 3.5.1 麦芽酶系发芽温度对酶解的影响44-45
• 3.5.2 麦芽酶系与纤维素酶的关系45
• 3.5.3 高温处理后麦芽酶系与纤维素酶的关系45-47
• 3.5.4 高温处理后麦芽酶系中酶活力测定47-48
• 3.6 小结48-49
• 第四章 玉米秸秆酶解产物特性及机理的研究49-60
• 4.1 实验材料49
• 4.2 实验仪器49
• 4.3 实验药品49-50
• 4.4 实验方法50
• 4.4.1 玉米秸秆碱法提取多糖的气相色谱分析50
• 4.4.2 GC-MS 分析条件50
• 4.4.3 气相色谱-质谱（GC-MS）样品制备方法50
• 4.5 结果与讨论50-59
• 4.5.1 玉米秸秆碱法提取多糖的单糖组成分析50-51
• 4.5.2 气相色谱法分析玉米秸秆酶解糖类物质特性51-54
• 4.5.3 质谱法分析玉米秸秆酶解产物54-56
• 4.5.4 玉米秸秆酶解过程中木糖溶出的机理分析56-59
• 4.6 小结59-60
• 结论60-61
• 参考文献61-65
• 硕士期间参与的科研项目及成果65-66
• 致谢66

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