论文题目: 微波技术用于植物纤维素原料生产酒精的研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 微生物学
作者: 朱圣东
导师: 喻子牛,吴元欣
关键词: 植物纤维素原料,稻草,微波,预处理,酶水解,酒精发酵
文献来源: 华中农业大学
发表年度: 2005
论文摘要: 以植物纤维素为原料生产燃料酒精是解决人类所面临能源和环境问题,保持社会可持续发展的一条有效途径。本论文将微波技术用于植物纤维素原料的预处理和酶水解过程,以稻草作为模式植物纤维素原料,对植物纤维素原料预处理、酶水解和酒精发酵进行了系统的研究,未见有相关研究的文献报道。 首先考查了微波对稻草不同预处理方式对预处理后稻草酶水解的影响,并与常规碱预处理稻草酶水解进行比较,微波/碱预处理稻草可以提高预处理后稻草酶水解的初速度,而稻草酶水解的还原糖得率保持不变。在微波/碱预处理稻草浓度为10g.1-1,静置水解7d,以还原糖得率最高为优化目标时,微波/碱预处理稻草的优化条件为稻草在1%的NaOH溶液中经微波高火（700W）处理6min,预处理后稻草酶水解的优化条件为温度（45℃）、pH（4.8）和酶用量(20mg.g-1底物)。以微波/碱预处理稻草为底物,考查了微波（300W）处理酶液和微波（300W）间歇处理酶水解过程对稻草酶水解的影响,微波处理酶液可以略为提高酶水解的初速度,而稻草酶水解的还原糖得率大幅下降,微波间歇处理酶水解过程可以提高酶水解的初速度,而稻草酶水解的还原糖得率略为下降,造成上述结果的原因是微波处理提高了纤维素酶滤纸酶活力和CMC糖化酶活力,而降低了纤维素二糖酶活力。 然后比较了微波/碱预处理稻草和常规碱预处理稻草对预处理后稻草化学组成及酶水解的影响,微波/碱预处理稻草有较高纤维素含量、较快的酶水解速度、水解产物糖化液有较高的葡萄糖含量。在此基础上,对微波/碱预处理稻草、微波/酸/碱预处理稻草和微波/酸/碱/H2O2预处理稻草进行了比较,微波/酸/碱/H2O2预处理稻草不仅可以回收稻草在预处理过程中所形成的木糖,而且预处理后稻草有较高纤维素含量、较快的酶水解速度、水解产物糖化液有较高的葡萄糖含量,是一种较为理想的稻草预处理方法。 接下来对常规碱预处理稻草、微波/碱预处理稻草和微波/酸/碱/H2O2预处理稻草酶水解动力学进行研究,上述3种预处理稻草酶水解都受产物还原糖的竟争抑制,都可以用下面的动力学模型对其酶水解过程进行较好描述: dCG/dt=Rpmax·(CSO-0.9CG)/(Km（1+CG/KG）+(CSO-0.9CG))
论文目录:
摘要
ABSTRACT
第一章 前言
1 引言
1.1 生物质能与可持续发展
1.2 燃料酒精作为车用燃料
1.2.1 燃料酒精作为车用燃料的历史与现状
1.2.2 燃料洒精作为车用燃料的特点
1.3 酒精的生产方法
1.3.1 化学合成法生产酒精
1.3.2 发酵法生产酒精
1.3.2.1 以粮食为原料生产酒精
1.3.2.1.1 糖蜜原料的酒精生产工艺
1.3.2.1.2 淀粉质原料的酒精生产工艺
1.3.2.2 以植物纤维素为原料生产酒精
2 植物纤维素原料的选择
2.1 模式底物的选择
2.2 稻草的化学组成与结构
3 植物纤维素原料的预处理
3.1 物理方法
3.1.1 机械破碎
3.1.2 微波预处理
3.1.3 高温热水预处理
3.2 物理化学方法
3.2.1 水蒸汽爆破
3.2.2 氨冷冻爆破
3.2.3 二氧化碳爆破
3.3 化学方法
3.3.1 酸水解
3.3.2 碱水解
3.3.3 其它化学方法
3.4 生物方法
3.5 组合方法
4 植物纤维素原料的酶水解
4.1 纤维素酶及其水解作用机制
4.2 纤维素酶的生产
4.3 纤维素酶水解的影响因素
4.4 纤维素酶水解动力学
4.5 提高植物纤维素原料酶水解效率和降低水解成本途径
5 植物纤维素原料的酒精发酵
5.1 植物纤维素原料酒精发酵菌种
5.2 植物纤维素原料的酒精发酵工艺
6 微波技术在化学与酶反应中的应用
7 本研究工作的目的与意义
第二章 不同微波处理方式对稻草酶水解的影响
1 引言
2 材料和方法
2.1 材料与化学品
2.2 碱预处理
2.3 微波与碱联合预处理
2.4 稻草糖化
2.5 正交试验设计
2.6 分析方法
2.6.1 稻草的主要化学成分分析
2.6.2 纤维素酶的活力分析
2.6.3 稻草酶水解液还原糖分析
3 结果与讨论
3.1 常规碱处理稻草糖化(酶水解)工艺条件优化
3.2 不同预处理方法处理的稻草糖化(酶水解)过程比较
3.3 微波功率及处理时间对微波与碱联合预处理的稻草糖化过程的影响
3.4 微波与碱联合预处理的稻草糖化(酶水解)工艺条件的优化
3.5 微波处理酶液的稻草糖化(酶水解)工艺条件的优化
3.6 微波间歇处理糖化过程的稻草糖化(酶水解)工艺条件的优化
3.7 糖化时不同微波处理方式对稻草糖化过程的影响
4 结论
第三章 操作条件对微波/碱预处理稻草的化学组成及其酶水解的影响
1 引言
2 材料和方法
2.1 材料与化学品
2.2 碱预处理
2.3 微波/碱预处理
2.4 稻草糖化
2.5 分析方法
2.5.1 稻草及其水解残渣的主要化学成分分析
2.5.2 纤维素酶的活力分析
2.5.3 稻草糖化液还原糖分析
2.5.4 产物糖化液葡萄糖和木糖的浓度分析
3 结果与讨论
3.1 预处理稻草的操作条件对预处理稻草的重量损失的影响
3.2 预处理稻草的操作条件对预处理后稻草化学组成的影响
3.3 微波/碱预处理与碱预处理稻草的糖化过程比较
3.4 微波/碱预处理与碱预处理稻草的糖化产物化学成分比较
3.5 底物浓度和酶用量对预处理稻草糖化的影响
4 结论
第四章 三种微波/化学预处理稻革的化学组成及其酶水解的比较
1 引言
2 材料和方法
2.1 材料与化学品
2.2 微波/碱预处理
2.3 微波/酸/碱预处理
2.4 微波/酸/碱/H202预处理
2.5 木糖的提取与精制
2.6 稻草糖化
2.7 分析方法
2.7.1 稻草及其水解残渣的主要化学成分分析
2.7.2 纤维素酶的活力分析
2.7.3 稻草糖化液还原糖分析
2.7.4 产物糖化液葡萄糖和木糖的浓度分析
3 结果与讨论
3.1 不同预处理稻草方法对预处理过程中稻草的重量损失和预处理后稻草的主要化学成分的影响
3.2 木糖的回收与精制
3.3 不同预处理稻草方法对预处理后稻草糖化的影响
4 结论
第五章 三种不同预处理方法处理稻草酶水解动力学比较
1 引言
2 材料和方法
2.1 材料与化学品
2.2 碱预处理
2.3 微波/碱预处理
2.4 微波/酸/碱/H202预处理
2.5 稻草糖化
2.6 分析方法
2.6.1 稻草的主要化学成分分析
2.6.2 纤维素酶的活力分析
2.6.3 稻草糖化液还原糖分析
3 结果与讨论
3.1 数学模型的建立
3.2 模型参数的求取
3.2.1 预处理后稻草中可酶水解纤维素含量的确定
3.2.2 模型参数Rpmax和Km的确定
3.2.3 模型参数KG的确定
3.3 模型计算与实验结果比较
3.4 三种不同预处理方法处理稻草酶水解动力学模型参数的对比分析
4 结论
第六章 三种不同预处理稻草的酶水解液酒精发酵的比较
1 引言
2 材料和方法
2.1 材料与化学品
2.2 稻草酶水解糖化液的制备
2.3 酒精发酵
2.3.1 酵母种子的制备
2.3.2 酒精发酵
2.4 分析方法
3 结果与讨论
3.1 木糖对酒精发酵过程的影响
3.2 温度对稻草酶水解糖化液酒精发酵的影响
3.3 初始pH对稻草酶水解糖化液酒精发酵的影响
3.4 三种不同预处理方法预处理后稻草酶水解产物糖化液的酒精发酵过程比较
4 结论
第七章 预处理稻草的同步糖化酒精发酵
1 引言
2 材料和方法
2.1 材料与化学品
2.2 预处理稻草的同步糖化酒精发酵
2.2.1 预处理稻草的批式同步糖化酒精发酵
2.2.2 预处理稻草的中间补料批式同步糖化酒精发酵
2.3 正交试验设计
2.4 分析方法
3 结果与讨论
3.1 常规碱预处理稻草的批式同步糖化酒精发酵工艺条件优化
3.2 微波/碱预处理稻草的批式同步糖化酒精发酵工艺条件优化
3.3 微波/酸/碱/H_2O_2预处理稻草批式同步糖化酒精发酵工艺条件优化
3.4 三种不同预处理方法预处理稻草的批式同步糖化酒精发酵的比较
3.5 预处理稻草的中间补料批式同步糖化酒精发酵工艺条件优化
3.6 中间补料批式同步糖化酒精发酵与批式同步糖化酒精发酵的比较
4 结论
参考文献
致谢
博士在读期间已发表和待发表与本研究相关论文题录
发布时间: 2005-12-05
参考文献
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