能源植物细胞壁成分与稀酸处理降解转化关系的研究

论文摘要

随着人们对全球气候变暖和能源危机的关注,发展非石油燃料成为社会的普遍认识。纤维乙醇能够减少温室气体的排放并且不会产生“与人争粮”的问题,因此受到广泛的关注。木质纤维素是植物体的主要构成物质,由纤维素、半纤维素、木质素、果胶质等生物高分子所组成。它是生产纤维乙醇的主要原料,而且它自身成分结构特点严重阻碍了生物质的降解转化。本课题通过稀硫酸处理植物秸秆来研究细胞壁成分对生物质降解转化的影响。芒草材料间的纤维素和半纤维素含量差异较大,木质素含量变化相对较小。水稻的材料间纤维素含量差异较小,但是半纤维素、木质素含量差异较大。芒草的三大细胞壁成分含量都比水稻高。在稀酸预处理中,随着H2SO4浓度的提高,芒草和水稻的总糖产率也在提高。芒草的预处理五碳糖产率比水稻高,而水稻的预处理六碳糖产率比芒草高。芒草和水稻材料间的降解差异性不会随着酸浓度的改变而改变。晶体状纤维素、木质素不利于酶解产糖,而半纤维素、酸溶性木质素和糖醛酸有利于酶解产糖。酸碱组合处理结果表明,酶解产糖率高的材料在预处理中相应的五碳糖产率高,即半纤维素易于降解,而酶解产糖率低的材料则相反。电镜观察表明,稀酸处理后秸秆表面比较光洁而且纤维素原纤保存完整。水稻和芒草的精细分析结果表明,酶解产糖率高的材料的纤维素结晶度较低、半纤维素组成单糖中木糖含量较高。在酸和碱处理中材料间的降解差异趋势一致,即酸处理中产糖率高的材料在碱处理中的产糖率也高。

论文目录

• 缩略语表
• 摘要
• Abstract
• 1 文献综述
• 1.1 生物乙醇
• 1.2 能源植物的研究进展
• 1.2.1 能源植物的特性和分类
• 1.2.2 能源植物研究重点和热点
• 1.3 木质纤维素组成成分和结构
• 1.3.1 纤维素
• 1.3.2 木质素
• 1.3.3 半纤维素
• 1.3.4 细胞壁成分之间的连接
• 1.4 影响纤维素酶解的因素
• 1.5 木质纤维素的预处理
• 1.5.1 预处理的特性
• 1.5.2 预处理方法
• 1.6 本研究的目的与意义
• 2 实验材料与方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 材料的收获与保存
• 2.2.2 预处理和酶解方法
• 2.2.3 秸秆降解糖的发酵
• 2.2.4 测定含糖量和糖醛酸方法
• 2.2.5 细胞壁多糖的提取测定
• 2.2.6 木质素测定
• 2.2.7 测定木质素单体（HPLC）
• 2.2.8 测定纤维素晶体度和聚合度
• 2.2.9 半纤维素单糖测定（GC/MS）
• 3 结果与分析
• 3.1 含糖量测定方法的探讨
• 3.1.1 标准曲线的制定
• 3.1.2 六碳糖吸光值的校正
• 3.2 芒草和水稻的细胞壁成分测定
• 3.3 不同硫酸浓度对产糖效率的影响
• 3.4 芒草的预处理和酶解产糖
• 3.5 水稻的预处理和酶解产糖
• 3.6 水稻和芒草降解比较
• 3.7 芒草的酸和碱组合处理
• 3.8 芒草细胞壁成分和降解转化相关分析
• 3.8.1 纤维素
• 3.8.2 木质素
• 3.8.3 半纤维素
• 3.8.4 果胶质
• 3.9 芒和水稻典型材料精细分析
• 3.9.1 芒草硫酸处理残渣电镜观察
• 3.9.2 细胞壁各成分组成及氢氧化钠预处理
• 4 结果与讨论
• 4.1 稀酸和酸碱组合预处理的效果
• 4.2 细胞壁成分在降解转化的作用
• 4.3 能源植物秸秆的遗传改良
• 6 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录