木质纤维素原料制备乙醇研究

论文摘要

以典型的生物质原料-玉米秸秆为对象,进行了秸秆糖化与发酵制乙醇的菌种和工艺路线的研究。首先将粉碎后的玉米秸秆利用氢氧化钠或氨水进行预处理,之后将预处理得到的残渣利用产纤维素酶菌株制作的粗酶液进行糖化,并将糖化液与水解液混合后进行脱毒与浓缩处理,最后利用自行筛选的可同时发酵木糖与葡萄糖的酵母菌发酵生产乙醇。主要研究结果如下:（1）对比氢氧化钠与氨水两种玉米秸秆预处理方式表明,以4%氢氧化钠溶液水解得到的总还原糖转化率最高,达到44.22%,其中预处理转化率7.74%,酶解转化率36.48%。（2）在筛选的9株玉米秸秆高效糖化菌株中,以Z-7在筛选培养基上形成的透明圈直径最大,其最优的产酶条件是:250mL三角瓶的最佳装瓶量为50mL,接种量为3%,pH为5.5,摇床培养温度38℃,最佳产酶时间48h,在此条件下该菌产CMC-Na酶活达到100U/mL,半纤维素酶活达到126.6U/mL。（3）利用Z-7制备的粗酶液对预处理后的玉米秸秆做酶解糖化试验表明:酶添加量50U/g,pH值为4.8,底物浓度200g/L,温度为50℃,在此条件下得到的糖化液中还原糖浓度为41.68%,转化率为48.63%。（4）在筛选出的可同时发酵木糖与葡萄糖的7株酵母菌中,M-3发酵木糖能力最强,依据其形态特征和生理特征,该菌株确定为假丝酵母属。（5）M-3对木糖的单独发酵条件表明,在初始糖浓度60g/L,温度30℃,pH4.5,摇床转速70r/min条件下,发酵后乙醇浓度为6.1g/L,糖醇转化率为30.5%。对木糖与葡萄糖同步发酵产燃料乙醇时,最佳发酵条件为:初始糖浓度60g/L,葡萄糖与木糖的质量比为2:1,pH5,温度34℃,转速70 r/min,在该条件下发酵所得燃料乙醇浓度为23.0g/L,糖醇转化率为38.3%。利用玉米秸秆粉水解液和糖化液制成水解液发酵培养基,在发酵时间为72h时,乙醇浓度最大为20.47g/L,糖醇转化率也达到最大为0.359g/g。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 发展燃料乙醇的意义与研究现状
• 1.1.2 我国燃料乙醇的发展现状
• 1.1.3 国外燃料乙醇的研究与发展
• 1.2 生产乙醇的原料与菌种
• 1.2.1 生产乙醇的主要原料
• 1.2.2 木质纤维原料的性质
• 1.2.3 生产乙醇的相关菌种
• 1.3 木质纤维原料的预处理
• 1.3.1 稀酸处理法
• 1.3.2 碱处理法
• 1.3.3 物理化学法
• 1.3.4 有机溶剂处理法
• 1.3.5 机械法预处理
• 1.3.6 生物法预处理
• 1.4 乙醇发酵的生化反应过程
• 1.4.1 纤维素原料的水解反应
• 1.4.2 糖酵解
• 1.5 木质纤维素原料生产燃料乙醇工艺研究进展
• 1.5.1 纤维素酒精发酵工艺
• 1.5.2 半纤维素生产乙醇的工艺
• 1.6 本课题的意义及研究内容
• 1.6.1 课题的研究意义
• 1.6.2 课题研究的内容
• 第二章 玉米秸秆的预处理
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 材料
• 2.1.2 试验方法
• 2.1.3 测定方法
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 玉米秸秆成分分析
• 2.2.2 NaOH预处理条件确定
• 2.2.3 氨水预处理条件确定
• 2.2.4 不同预处理方案的比较
• 2.3 小结
• 第三章 高效糖化菌株筛选及其产酶条件
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 材料
• 3.1.2 方法
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 菌种初筛
• 3.2.2 菌种复筛
• 3.2.3 培养条件对产酶的影响研究
• 3.3 小结
• 第四章 酶解玉米秸秆优化条件研究
• 4.1 材料和方法
• 4.1.1 材料
• 4.1.2 方法
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 影响酶解的主要因素
• 4.2.2 原料酶水解的均匀试验
• 4.3 小结
• 第五章 同时发酵戊糖和己糖酵母菌的筛选及鉴定
• 5.1 材料与方法
• 5.1.1 材料
• 5.1.2 方法
• 5.2 结果与分析
• 5.2.1 富集与初筛
• 5.2.2 酵母菌的复筛
• 5.2.3 M-3的鉴定
• 5.2.4 鉴定结果
• 5.3 小结
• 第六章 乙醇发酵条件的优化研究
• 6.1 材料与方法
• 6.1.1 材料
• 6.1.2 试验方法
• 6.1.3 测定方法
• 6.2 结果与分析
• 6.2.1 木糖和葡萄糖共发酵单因素影响分析
• 6.2.2 木糖发酵的单因素影响分析
• 6.2.3 时间对玉米秸秆水解液发酵的影响
• 6.3 小结
• 建议
• 参考文献
• 附件
• 致谢