担子菌连续开放预处理玉米秸秆转化乙醇的工艺研究

【摘要】：预处理技术是纤维质乙醇生产的主要技术瓶颈之一,生物预处理技术因具有低能耗和环境友好的优势而受到广泛关注,但高昂的反应器成本和无菌处理过程限制了该技术的规模化应用。本论文以筛选得到的有效菌株为基础,建立了担子菌连续开放预处理玉米秸秆转化乙醇工艺,并对净化方式、生物处理条件、辅助理化处理条件、酶解糖化和乙醇发酵等工艺参数进行完善和优化,为生物预处理的工业化应用奠定了基础。 首先,以高效菌Irpex lacteus CD_2为出发菌株,以在反应器条件下可显著提升糖化率的生物-碱氧化(BAO)预处理工艺为基础,通过净化方式的比较和优化,实现BAO工艺的连续开放运行。结果表明,Irpex lacteus CD_2只能在蒸汽净化后的秸秆上进行开放处理,开放处理的最佳条件为:0.5MPa蒸汽净化3 h,接种比例为1:4,生物处理时间15d。在此条件下实现三个批次的连续开放处理,糖化率均在75%以上。 其次,为进一步降低净化成本,选择石灰处理作为净化方式。从73株担子菌中筛选出10株可在石灰净化过的玉米秸秆上开放处理的担子菌,以其中糖化率最高的菌株Coprinus comatus XY7作为开放预处理的出发菌株,建立由石灰净化、生物处理、辅助理化处理组成的新型连续开放预处理工艺,并优化其工艺参数。最佳处理条件为:玉米秸秆经过0.1%的石灰净化后,按照1:4接种比例接种Coprinus comatus XY7固体接种体,在室温条件下生物处理6d后,取五分之一的培养物作为下一批预处理的接种体,其余部分继续处理9d后下样,按1:40固液比,用1%NaOH和1% H_2O_2的碱氧化试剂常温处理24h。在此条件下实现了连续三个批次的连续开放预处理。预处理后的基质在30FPU/g的最优酶浓度下酶解糖化,糖化率均在80%以上,较未处理基质糖化率提高10%左右. 为了评价预处理对乙醇发酵的影响,采用同步糖化发酵预处理后的玉米秸秆,结果表明,在20 g/L的底物浓度、30 FPU/g的酶浓度和0.7%的酵母接种量的最优发酵条件下发酵24 h,乙醇转化率达到,较未开放处理秸秆增加18.1%。 该工艺的建立为今后生物预处理规模化的应用于纤维质乙醇提供了可能的实施途径 【关键词】：玉米秸秆 Irpex lacteus CD2 Coprinus comatus XY7 净化 连续开放预处理 生物碱氧化处理
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TQ223.122
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-19
• 1.1 我国燃料乙醇的发展10-11
• 1.2 木质纤维素的结构和组成11
• 1.3 木质纤维素的酶解糖化11-12
• 1.4 理化预处理工艺12-13
• 1.5 生物预处理工艺13-14
• 1.6 生物预处理技术的困境与发展14-17
• 1.7 课题思路的提出与设计17-19
• 2 生物—碱氧化预处理工艺的连续开放研究19-32
• 2.1 引言19
• 2.2 材料与方法19-23
• 2.3 结果与讨论23-30
• 2.4 本章小结30-32
• 3 担子菌COPRINUS COMATUS XY7 连续开放预处理玉米秸秆转化乙醇的研究32-55
• 3.1 引言32
• 3.2 材料与方法32-37
• 3.3 结果与讨论37-54
• 3.4 本章小结54-55
• 4 结论与展望55-57
• 4.1 结论55
• 4.2 展望55-57
• 致谢57-58
• 参考文献58-63
• 附录1 论文所用主要设备名录63-64
• 附录2 原料石灰净化后可以实现开放培养的菌株照片64-65

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