酸酶法水解稻草纤维素发酵酒精初探

论文摘要

我国是传统农业大国,稻草秸秆资源十分丰富,每年有近2亿吨的稻草秸秆,但稻草秸秆利用率极低,大多都被当作废弃物焚烧,这不仅污染环境,还造成秸秆资源的浪费。利用稻草秸秆纤维素转化生产燃料乙醇,发展纤维素乙醇产业,逐渐成为生物能源开发领域的研究热点。本文采用农业废弃物稻草秸秆作为主要生产原料,用选育得到的纤维素降解菌作为复合菌发酵生产酶液,并结合盐酸水解稻草纤维素,将水解糖化液发酵酒精。现将实验结果总结如下：1.为了获得高效分解稻草纤维素的菌株,以实验室保藏的黑曲霉A3和康宁木霉TC1为出发菌株,以CMC酶活和滤纸FPA酶活大小为考察指标,通过刚果红平板初筛,摇瓶发酵复筛以及紫外、微波诱变,得到黑曲霉H4-6及康宁木酶K5-r3,其CMC酶活力和FPA酶活力分别为82.96U/ml,35.92FPU/ml;83.09U/ml,30.52FPU/ml。且产酶遗传性状菌稳定,可作为复合菌用于后续的稻草发酵产酒精的研究实验中。2.为了探明稻草纤维素高效分解复合菌黑曲霉H4-6—康宁木霉K5-r3联合作用产纤维素酶的最佳培养条件,在摇瓶发酵条件下,以CMC酶活力为主要考察指标,对复合菌产酶活性有影响的主要发酵条件进行优化,并进行了五因子三水平的正交实验,确定了复合菌联合处理稻草纤维素产纤维素酶液的最佳发酵条件为：6%稻草粉,4%麸皮为复合碳源,2%硫酸铵为氮源,接种量配比为黑曲霉2%,康宁木霉8%,装液量100ml/250ml三角瓶,起始pH值为5,摇床转速200rpm,培养温度30℃,培养时间108h。在此条件下,CMC酶活力为119.4U/ml,比优化前康宁木霉K5-r3单菌固态发酵产酶酶活（83.09U/m1）提高了43.7%。3.为探明酸酶法降解稻草纤维素的较优糖化条件,将经稀盐酸处理后的稻草粉稀酸水解液用烧碱调节pH后再进行酶解实验,以过滤上清液中还原糖和总糖含量为考察指标,对酶水解过程中的纤维素酶用量、酶水解pH值、酶水解时间、酶水解温度等条件进行了单因素及正交实验考察。实验结果表明,在盐酸浓度2.5%,酸水解温度为126℃,固液比（g/mL）为1：3的条件下处理1h,再在温度为50℃,起始pH值为5.O,酶用量为125U/g稻草粉的水浴条件下水解3h,最终糖化液还原糖含量为11.45%。4.为探索稻草纤维素间接发酵法产乙醇的最佳工艺条件,采取酸法酶法两步降解稻草纤维素,获得糖化液,糖化液接入高活性安琪酵母进行产酒精发酵试验,得出糖化液发酵产酒精的最佳工艺条件：酵母粉2%,酵母接种量8×108cell/g稻草粉,发酵温度为30℃,发酵时间120h。在此条件下乙醇转化率达到了21.39%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 能源危机与生物质能的开发
• 1.2 燃料乙醇简介
• 1.2.1 燃料乙醇的概念和特点
• 1.2.2 国内外燃料乙醇的发展概况
• 1.3 纤维素
• 1.3.1 纤维素概述
• 1.3.2 稻草秸秆中的纤维素
• 1.4 纤维素酶理化性质及其产生菌
• 1.4.1 纤维素酶多酶体系
• 1.4.2 纤维素酶的理化性质
• 1.4.3 纤维素酶生产菌
• 1.4.4 纤维素酶的应用前景
• 1.5 秸秆纤维素原料的预处理
• 1.5.1 物理、化学法
• 1.5.2 生物法
• 1.6 燃料乙醇发酵工艺
• 1.6.1 分步糖化发酵工艺
• 1.6.2 同步糖化发酵工艺
• 1.6.3 综合生物工艺
• 1.7 研究目的和研究内容
• 1.7.1 研究目的和意义
• 1.7.2 研究内容
• 1.7.3 技术路线图
• 第二章 高效稻草秸秆纤维素降解菌的选育
• 前言
• 2.1 材料
• 2.1.1 原料
• 2.1.2 原始菌株
• 2.1.3 培养基
• 2.1.4 主要试剂
• 2.1.5 主要仪器与设备
• 2.2 方法
• 2.2.1 稻草秸秆纤维素分解菌的筛选
• 2.2.2 高产菌株的诱变选育
• 2.2.3 CMC酶活的测定方法
• 2.2.4 滤纸酶活的测定
• 2.2.5 拮抗实验
• 2.3 实验结果与分析
• 2.3.1 稻草纤维素分解菌初筛结果
• 2.3.2 稻草纤维素分解菌的复筛结果
• 2.3.3 紫外诱变结果
• 2.3.4 微波诱变结果
• 2.3.5 拮抗实验结果
• 2.4 小结
• 第三章 复合菌分解稻草纤维素产酶摇瓶条件的优化
• 前言
• 3.1 材料
• 3.1.1 原料
• 3.1.2 菌种
• 3.1.3 培养基
• 3.1.4 主要仪器
• 3.2 方法
• 3.2.1 黑曲霉H4-6和康宁木霉K5-r3孢子悬液的制备
• 3.2.2 CMC酶活量的测定
• 3.2.3 碳源配比对复合菌产酶的影响
• 3.2.4 氮源对复合菌产酶的影响
• 3.2.5 复合菌配比对产酶的影响
• 3.2.6 培养温度对复合菌产酶的影响
• 3.2.7 培养时间对复合菌产酶的影响
• 3.2.8 培养基起始pH对复合菌产酶的影响
• 3.2.9 装液量对复合菌产酶的影响
• 3.2.10 摇床转速对复合菌产酶的影响
• 3.2.11 复合菌产酶条件的正交优化
• 3.3 结果与分析
• 3.3.1 碳源配比对产酶的影响
• 3.3.2 氮源对产酶的影响
• 3.3.3 复合菌间不同配比对产酶的影响
• 3.3.4 培养温度对产酶的影响
• 3.3.5 培养时间对产酶的影响
• 3.3.6 起始pH对产酶的影响
• 3.3.7 装液量对产酶的影响
• 3.3.8 摇床转速对产酶的影响
• 3.3.9 复合菌产纤维素酶条件优化实验
• 3.4 小结
• 第四章 酸酶法联合水解稻草纤维素糖化工艺优化
• 前言
• 4.1 材料
• 4.1.1 原料
• 4.1.2 菌种
• 4.1.3 培养基
• 4.1.4 主要仪器
• 4.2 方法
• 4.2.1 稀酸法水解稻草纤维素条件的确定与优化
• 4.2.2 酶法水解稻草纤维素水解条件的确定与优化
• 4.2.3 分析方法
• 4.3 结果与分析
• 4.3.1 稀酸法水解稻草纤维素条件优化
• 4.3.2 酶法水解稻草纤维素条件优化
• 4.4 小结
• 第五章 稻草粉水解液发酵生产酒精工艺的初探
• 前言
• 5.1 材料
• 5.1.1 原料
• 5.1.2 菌种
• 5.1.3 培养基
• 5.1.4 主要仪器与设备
• 5.2 实验方法
• 5.2.1 纤维素酶粗酶液的制备
• 5.2.2 酸酶法稻草糖化液制备
• 5.2.3 安琪酵母的活化及种子液的制备
• 5.2.4 分析测定方法
• 5.2.5 酸酶法稻草纤维素水解液发酵产酒精研究
• 5.3 结果与分析
• 5.3.1 酵母接种量对乙醇转化率的影响
• 5.3.2 发酵温度对乙醇转化率的影响
• 5.3.3 发酵时间对乙醇转化率的影响
• 5.3.4 发酵培养基中氮源种类对乙醇转化率的影响
• 5.3.5 酸酶法水解糖化液发酵产酒精工艺条件优化结果
• 5.4 小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.1.1 高效稻草秸秆纤维素降解菌的选育
• 6.1.2 稻草纤维素高效分解复合菌产纤维素酶的摇瓶条件的优化
• 6.1.3 酸酶法联合水解稻草纤维素糖化工艺优化
• 6.1.4 稻草粉水解液发酵生产酒精工艺的初步探索
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介