Fe-Mn-Mg离子对稻草秸秆酶解糖化的影响

摘要

农作物秸秆来源丰富，价格低廉，富含纤维素和半纤维素，是生产燃料酒精的重要原料。燃料酒精的制备主要包括预处理、糖化、发酵和分离提纯四个阶段。其中，糖化工艺既是检验预处理效果又是为发酵工艺提供原料的关键步骤。因此研究的焦点之一就是如何高产量低成本的获得还原糖。本论文以稻草秸秆为原料，液化预处理后，在糖化过程中添加微量金属离子，从优化工艺参数出发，以产糖量为表征，考察金属离子的单独作用和联合作用对酶解糖化过程的影响，并探究金属离子的作用机理。
　　液化预处理结果表明，预处理后的稻草秸秆纤维素含量提高了20.9％，半纤维素和木质素含量分别降低了12.3%和5.35%，电镜扫描结果发现稻草秸秆预处理后结构松散，比表面积和孔隙度都大大增加，有利于纤维素酶和液化底物充分接触反应，提高酶解效果。
　　在糖化过程中分别添加Mn2+和Fe2+离子，通过单因素实验优化研究金属离子添加量、酶用量、温度和时间对酶解糖化的影响。结果表明，在相同时间条件下，产糖量Fe2+离子组>Mn2+离子组>空白组。添加Mn2+离子时酶用量从空白组的25mg/g下降为20mg/g，添加Fe2+离子酶用量和空白组一致。适宜的酶解温度由50℃（空白）下降为40℃（Mn2+离子）和35℃（Fe2+离子）。在糖化过程中添加Mn2+和Fe2+离子能破坏纤维素的晶型结构，增加纤维素酶和液化底物的接触面积，同时还能提高酶活性，从而提高酶解效率，减少能耗。
　　通过单因素实验和正交优化实验考察了Mg2+和Fe3+离子的单独作用对酶解糖化过程的影响。结果表明，空白组的较优工艺条件为酶用量25mg/g，温度50℃，糖化时间60h，产糖量343mg/g；Mg2+离子组的较优工艺条件为Mg2+离子添加量2mg/g，酶用量20mg/g，温度50℃，时间96h，产糖量高达477mg/g；Fe3+离子组的较优工艺条件为Fe3+离子添加量4mg/g，酶用量25mg/g，温度40℃，时间108h，产糖量达到400mg/g。在较优组合条件下，添加Mg2+和Fe3+离子产糖量相较于空白组分别提高了134mg/g和57mg/g。这与单因素实验所得结论在相同条件下产糖量Mg2+离子组>Fe3+离子组>空白组一致。
　　探讨了Mg2+和Fe3+离子联合作用对稻草秸秆酶解糖化的影响。通过正交实验得到的较优工艺是在糖化过程中添加30mg/g纤维素酶和1:2的Mg2+、Fe3+离子，在40℃的温度条件下酶解84h，得到346mg/g还原糖。单因素结果表明Mg2+和Fe3+离子的联合作用比各自单独作用更有助于酶解效率的提高。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1 研究目的与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文主要研究内容及技术路线

2 实验材料与方法

2.1 实验材料与设备

2.2 测试方法

2.3 稻草秸秆预处理

3 Mn2+和 Fe2+离子对稻草秸秆酶解糖化的影响

3.1 概述

3.2 实验设计

3.3 Mn2+、Fe2+离子的添加量对稻草秸秆糖化影响

3.4 酶用量对稻草秸秆糖化影响

3.5 温度对稻草秸秆糖化影响

3.6 酶解时间对稻草秸秆糖化影响

3.7 本章小结

4 Mg2+和Fe3+离子对稻草秸秆酶解糖化的影响

4.1 概述

4.2 实验设计

4.3 影响稻草秸秆糖化的因素

4.4 稻草秸秆糖化工艺优化

4.5 本章小结

5 Mg2+和Fe3+离子联合作用对稻草秸秆糖化的影响

5.1 概述

5.2 实验设计

5.3 影响稻草秸秆糖化的因素

5.4 稻草秸秆糖化工艺优化

5.5 本章小结

6 结论与建议

6.1 结论

6.2 建议

致谢

参考文献

附录

A. 攻读硕士学位期间发表的论文

B. 攻读硕士学位期间参加的科研项目

C. 攻读硕士学位期间获得的荣誉