物理预处理秸秆菌群发酵工艺研究

【摘要】：本试验主要研究秸秆的不同物理预处理方法,经预处理后的秸秆结合已筛选出的2个对纤维素分解能力强且稳定的混合菌群5号和6号菌群,进行发酵产糖试验条件研究。最后利用电镜扫描对物理法和物理生物联合法处理后的秸秆结构进行观察。 本试验对秸秆的预处理方法有四种:超声波法、冷冻法、恒温加热法、高温高压法。每种方法设计不同的因素及条件,以纤维素、半纤维素及木质素为响应变量,以及结合SEM电镜对秸秆结构的观察,得出:四种方法对纤维素含量的提升和降低木质素含量有一定作用。秸秆用超声波法预处理,最佳条件为功率为420W,作用30min的纤维素含量达到38.53%;冷冻法4oC,作用120h为最佳条件,纤维素含量达到38.46%,同时木质素降低到12.09%;利用高温高压法0.15MPa,127oC作用2h,纤维素达到38.82%;恒温加热法,80oC作用2h能够使纤维素含量升高到40.68%,而木质素能降低到11.6%,是四种方法中纤维素量提升到最高,木质素降低到最低的最优物理预处理方法。 在秸秆菌群发酵实验研究中,首先对培养基进行优化,对碳氮比、氮源、磷酸氢二钾与硫酸镁的比例,钙及微量元素作为单因子研究,将最优的单因子组成新的培养基,与原培养基对比,连续7天测定糖量,发现新培养基作用下,5号菌群第6天产糖量达到7.83%,比原培养基7.31%的产糖量提高了7.1个百分点。6号菌群在新培养基条件下第五天产糖量达到7.9%,比原培养基下的产糖量6.16%提高了28%的产糖量。确定还原糖量测定方法及其条件,并且优化培养基后,选定温度、pH、转速、装液量、秸秆粒径为影响因子,还原糖量为响应值,进行Plackett-Burman多因子试验筛选重要因子.对5、6号菌群来说,主要因子为温度和pH。选用三种较好的物理预处理方法制备成三种不同的秸秆材料,改变温度和pH水平对秸秆菌群发酵产糖进行3~3析因试验,以菌群产糖作为指标确定最佳产糖条件。研究发现,对于两种菌群,影响因子影响大小为温度pH材料。5号菌群最优发酵产糖条件为37oC,pH=7.5,平均产糖量在8.43%,对于6号菌群,最优发酵产糖条件为37oC,pH=8.5,平均产糖量在8.58%. 【关键词】：纤维素 木质素 还原糖 菌群
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TQ920.6
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 秸秆资源在国内外的开发利用10-11
• 1.1.1 秸秆资源主要利用技术10-11
• 1.1.2 秸秆利用存在的问题及发展趋势11
• 1.2 秸秆的组成11-14
• 1.2.3 纤维素的结构组成12
• 1.2.4 半纤维素的结构组成12-13
• 1.2.5 木质素的结构组成13
• 1.2.6 秸秆的结构特点13-14
• 1.3 秸秆的预处理技术及发展14-16
• 1.3.1 物理法14-15
• 1.3.2 化学法15-16
• 1.3.3 生物法16
• 1.4 立题背景，研究目的及内容16-18
• 1.4.1 立题背景16-17
• 1.4.2 研究目的及内容17-18
• 第二章 玉米秸秆的物理预处理研究18-38
• 2.1 试验材料18-20
• 2.1.1 试验材料18
• 2.1.2 试剂药品及溶液的配置18-19
• 2.1.3 试验仪器及装置19-20
• 2.2 研究方法20-23
• 2.2.1 秸秆三素测定的具体步骤20-21
• 2.2.2 测定还原糖量的具体步骤21-22
• 2.2.3 被测样品的处理22-23
• 2.3 结果与分析23-37
• 2.3.1 秸秆原样成分表23
• 2.3.2 葡萄糖标准曲线23-24
• 2.3.3 恒温加热法24-27
• 2.3.4 超声波预处理法27-30
• 2.3.5 高温高压预处理法30-33
• 2.3.6 冷冻法33-36
• 2.3.7 比较选择较好的物理方法36-37
• 2.4 结论37-38
• 第三章 菌群发酵秸秆条件研究38-54
• 3.1 材料与方法38-39
• 3.1.1 试验材料38
• 3.1.2 试验药品及溶液配制38
• 3.1.3 试验仪器及装置38-39
• 3.2 分析测定方法39-40
• 3.2.1 还原糖量测定39
• 3.2.2 培养基的优化39-40
• 3.2.3 Plackett-Burman 设计法筛选重要影响因素40
• 3.2.4 33 析因试验40
• 3.3 结果40-52
• 3.3.1 葡萄糖标准曲线40-41
• 3.3.2 培养基的优化41-45
• 3.3.3 Plackett-Burman 设计法筛选重要影响因子45-47
• 3.3.4 33 析因设计47-52
• 3.4 结论52-54
• 第四章 处理前后秸秆结构对比分析54-59
• 4.1 材料54-55
• 4.1.1 试验材料54
• 4.1.2 试验仪器设备54-55
• 4.2 试验方法55
• 4.2.1 样品制备55
• 4.3 结果55-57
• 4.3.1 秸秆原材料55
• 4.3.2 物理预处理后的秸秆55-57
• 4.3.3 物理生物联合处理后的秸秆57
• 4.4 结论57-59
• 第五章 结论与讨论59-61
• 5.1 物理预处理59
• 5.2 菌群发酵秸秆条件优化59-60
• 5.3 处理前后秸秆结构对比60-61
• 参考文献61-65
• 发表论文和科研情况说明65-66
• 致谢66-67

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