木薯渣水解糖化及两相耦合产酸工艺的研究

摘要

木薯渣的主要成分为淀粉、纤维素、半纤维素、木素，还含有少量的脂肪和蛋白质，其利用空间还相当大。利用生物技术将含有大量有机物的木薯渣转化为生物能源和乙酸等挥发性脂肪酸工业化学品，一方面符合可持续发展的社会需求，另一方面又可以解决木薯渣的处置问题，从而促进农业和其它相关产业的发展。
　　 本文首先研究了13种不同水解方法对木薯渣水解效果的影响，并研究了不同因素在稀硝酸法、氢氧化钠法、复合酶法对木薯渣水解糖化的影响。然后再利用产氢产酸/同型产乙酸两相耦合工艺发酵水解后的木薯渣定向产乙酸，探索不同水解方法、底物浓度和接种浓度对产酸的影响。实验结果表明:
　　 (1)在稀酸、碱、加压热水和酶等13种不同水解方法中，稀酸水解木薯渣的效果较好，采用0.5％HNO3法水解效果最好，当水解温度为160℃、水解时间为10 min时，葡萄糖浓度和得率分别为22606.55 mg/L和27.13％，总糖浓度及得率分别达33682.78mg/L和40.40％;碱法和加压热水法水解液中单糖浓度均较低，3％NaOH法水解温度为180℃、水解时间为3h时，葡萄糖及总单糖浓度分别仅为2297.13mg/L和3335.34mg/L，得率分别为2.76％和4.00％;酶法水解中，1％H2SO4/半纤维素酶/纤维素酶协同处理法水解效果最好，纤维素酶用量为120 U/g、水解时间为66 h时，葡萄糖和总单糖浓度分别达22598.55 mg/L和26624.21 mg/L，得率分别达27.12％和31.95％。
　　 (2)实验比较0.5％ HNO3法、3％NaOH法和1％H2SO4/半纤维素酶/纤维素酶法水解木薯渣及未处理木薯渣两相耦合厌氧发酵产酸的效果。0.5％HNO3法水解木薯渣后再进行发酵产酸效果最好，A相的乙酸及总VFA峰值浓度分别达3.50 g/L和6.76 g/L，H相的乙酸及总VFA峰值浓度分别达1.18 g/L和2.14 g/L。乙酸及总VFA产率分别为0.0952 g/g和0.1718g/g。
　　 (3)采取底物浓度为(30、40、50、60) gTS/L比较产酸效果，乙酸及总VFA浓度随着底物浓度的增高先增高后降低，当底物浓度为50 gTS/L时，乙酸及总VFA浓度达到最大，A相乙酸及总VFA峰值浓度分别为3.50g/L和6.76 g/L，H相乙酸及总VFA峰值浓度分别为1.21 g/L和2.14 g/L。
　　 (4)采取接种浓度为(6、10、14、18) gTS/L比较产酸效果，乙酸及总VFA浓度随着接种浓度的增高而升高，当接种浓度为18 gTS/L时，乙酸及总VFA浓度达到最大，A相乙酸及总VFA峰值浓度分别为3.74 g/L和7.48 g/L，H相乙酸及总VFA峰值浓度分别为1.25 g/L和2.04 g/L。乙酸及总VFA产率分别为0.1014g/g和0.1867 g/g。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 国内外木薯产业的发展现状

1．2 木薯渣的来源及主要化学成分

1．2．1 来源

1．2．2 化学成分及结构

1．3 国内外木薯渣的资源化利用现状

1．3．1 用作饲料和肥料

1．3．2 栽培食用菌

1．3．3 发酵生产酒精

1．3．4 生产柠檬酸

1．3．5 发酵生产单细胞蛋白

1．4 木薯渣的水解方法及研究现状

1．4．1 稀酸水解

1．4．2 浓酸水解

1．4．3 酶水解

1．5 固体废弃物厌氧生物处理产酸的研究现状

1．5．1 pH值

1．5．2 温度

1．5．3 接种物和底物浓度

1．5．4 预处理技术

1．5．5 C／N

1．6 国内外厌氧两相耦合定向产酸的研究现状

1．7 本论文的研究意义及内容

1．7．1 研究意义

1．7．2 研究内容

第二章 不同水解方法对木薯渣水解效果的研究

2．1 实验材料、仪器和方法

2．1．1 实验材料

2．1．2 实验仪器

2．1．3 木薯渣成分的测定

2．1．4 木薯渣水解方法

2．1．5 水解液的二次水解

2．1．6 水解液分析方法

2．2 结果分析

2．3 本章结论

第三章 木薯渣水解影响因素分析

3．1 实验材料、仪器和方法

3．1．1 实验材料

3．1．2 实验仪器

3．1．3 木薯渣水解方法

3．1．4 分析方法

3．2 结果与分析

3．2．1 稀硝酸水解工艺

3．2．2 NaOH水解工艺

3．3．3 1％H2SO4／半纤维素酶，纤维素酶协同水解工艺

3．3 本章结论

第四章 水解工艺对产酸效果的影响研究

4．1 实验原料、仪器

4．1．1 木薯渣的来源与特性

4．1．2 污泥来源与处理

4．1．3 实验仪器

4．2 实验装置图

4．3 实验方法

4．4 取样方法

4．5 检测方法

4．5．1 VFA检测设备和条件

4．5．2 VFA标准曲线的绘制

4．5．3 计算VFA值

4．5．4 VFA与乙酸产率的计算

4．6 结果与分析

4．6．1 产氢产酸相(A相)中乙酸及总VFA的变化

4．6．2 同型产乙酸相(H相)中乙酸及总VFA的变化

4．6．3 乙酸占总VFA百分比的变化

4．6．4 pH的变化

4．6．5 乙酸及总VFA产率的变化

4．7 本章结论

第五章 不同底物浓度对两相耦合产酸效果影响的研究

5．1 实验原料、仪器

5．2 实验装置图

5．3 实验方法

5．4 取样方法

5．5 检测方法

5．6 结果与分析

5．6．1 产氢产酸相(A相)中乙酸及总VFA的变化

5．6．2 同型产乙酸相(H相)中乙酸及总VFA的变化

5．6．3 乙酸占总VFA百分比的变化

5．6．4 pH的变化

5．6．5 乙酸及总VFA产率的变化

5．7 本章结论

第六章 不同接种浓度对两相耦合产酸效果影响的研究

6．1 实验原料、仪器

6．2 实验装置图

6．3 实验方法

6．4 取样方法

6．5 检测方法

6．6 结果与分析

6．6．1 产氢产酸相(A相)中乙酸及总VFA的变化

6．6．2 同型产乙酸相(H相)中乙酸及总VFA的变化

6．6．3 乙酸占总VFA百分比的变化

6．6．4 pH的变化

6．6．5 乙酸及总VFA产率的变化

6．7 本章结论

第七章 结论、创新点及展望

7．1 结论

7．2 创新点

7．3 展望

参考文献

致谢

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