除去蛋白质后生物质乙醇发酵工艺研究

摘要

能源短缺一直是世界各国最为关注的问题。随着人类对生存环境的重视，环境污染问题也日益受到关注，发展可持续的绿色能源成为了目前的当务之急，而以木质纤维素原料制燃料乙醇是一个具有吸引力的方法。木质纤维素生产燃料乙醇主要包括原料的预处理、水解糖化以及发酵，用于各个过程的方法有很多，也取得了一定的进展，但是乙醇产率还比较低。木质纤维素原料成分复杂，除了纤维素、半纤维素和木质素这三大主要成分外，还存在蛋白质等其它成分。有研究表明，小麦秸秆除去蛋白质后对纤维素酶水解过程存在一定的影响。因此，在此基础上本文研究了小麦秸秆除去蛋白质后对整个乙醇发酵工艺的影响。
　　 首先考察了NaOH浸提法、裂解法以及酸性蛋白酶水解法这三种方法对小麦秸秆蛋白质的除去效果，得出酸性蛋白酶水解法效果最好。接着讨论了处理温度、处理时间、pH值、固液比以及酶的添加量等因素的影响。通过对其进行条件优化，得出酸性蛋白酶除去小麦秸秆中蛋白质工艺的最优组合条件为:处理温度55℃，处理时间12h，pH4.5，固液比1∶16，酸性蛋白酶添加量45mg。在该反应条件下，纤维素降解率达到35.35％，比直接酶解法提高了42.31％。
　　 木质纤维素原料前期处理方法不同，对纤维素酶水解糖化过程的影响也不同。以除去蛋白质后的小麦秸秆为原料，考察了纤维素酶添加量、酶解时间、固液比、pH值以及酶解温度一系列因素的影响，确定了除去蛋白质后小麦秸秆纤维素酶水解的最优组合条件为:纤维素酶添加量170mg，酶解时间56h，固液比1∶20，pH4.8，酶解温度50℃。在此条件下，除去蛋白质后小麦秸秆纤维素降解率为59.29％，而未处理的小麦秸秆为43.73％，纤维素降解率提高了35.58％。
　　 最后，进一步考察了除去蛋白质后的小麦秸秆对分步糖化发酵和同步糖化发酵的影响，并以同步糖化发酵为主。通过对各发酵工艺中选定因素的研究，得出除去蛋白质后小麦秸秆同步糖化发酵的最优组合条件为:pH4.5，发酵温度35℃，发酵时间60h，接种量10％，纤维素酶添加量150mg，乙醇生成浓度为22.08g/L，而未处理的为16.75g/L，乙醇生成浓度提高了31.82％。分步糖化发酵的最优组合条件为:发酵温度35℃，发酵时间30h，接种量10％，乙醇生成浓度为21.81g/L，而未处理的为20.26g/L，乙醇生成浓度仅提高了7.65％。

目录

摘要

1 绪论

1．1 生物质与生物质能

1．2 生物质燃料乙醇的研究意义及发展现状

1．2．1 生物质燃料乙醇的研究意义

1．2．2 国内外生物质燃料乙醇的发展状况

1．3 生物质的化学组成和机构

1．3．1 纤维素

1．3．2 半纤维素

1．3．3 木质素

1．3．4 细胞壁蛋白

1．4 木质纤维素发酵乙醇制备工艺

1．4．1 预处理工艺

1．4．2 水解工艺

1．4．3 发酵工艺

1．5 选题意义与研究内容

2 小麦秸秆除去蛋白质工艺研究

2．1 引言

2．2 材料与方法

2．2．1 材料与主要试剂

2．2．2 主要仪器与设备

2．2．3 分析方法

2．2．4 实验方法

2．3 结果与分析

2．3．1 三种处理方法对比

2．3．2 处理温度对酸性蛋白酶除去小麦秸秆蛋白质的影响

2．3．3 处理时间对酸性蛋白酶除去小麦秸秆蛋白质的影响

2．3．4 pH值对酸性蛋白酶除去小麦秸秆蛋白质的影响

2．3．5 固液比对酸性蛋白酶除去小麦秸秆蛋白质的影响

2．3．6 酸性蛋白酶添加量对酸性蛋白酶除去小麦秸秆蛋白质的影响

2．3．7 无机离子对酸性蛋白酶除去小麦秸秆蛋白质的影响

2．3．8 酸性蛋白酶处理正交试验及结果

2．3．9 验证试验

2．3．10 对比试验

2．4 小结

3 除去蛋白质后的小麦秸秆对纤维素酶水解的影响

3．1 引言

3．2 材料与方法

3．2．1 试验材料与试剂

3．2．2 主要仪器与设备

3．2．3 分析方法

3．2．4 试验方法

3．3 结果与分析

3．3．1 纤维素酶添加量对除去蛋白质后的小麦秸秆纤维素酶水解的影响

3．3．2 酶解时间对除去蛋白质后的小麦秸秆纤维素酶水解的影响

3．3．3 固液比对除去蛋白质后的小麦秸秆纤维素酶水解的影响

3．3．4 pH值对除去蛋白质后的小麦秸秆纤维素酶水解的影响

3．3．5 酶解温度对除去蛋白质后的小麦秸秆纤维素酶水解的影响

3．3．6 除去蛋白质后的小麦秸秆纤维素酶水解正交试验及结果

3．3．7 验证试验

3．3．8 对比试验

3．4 小结

4 除去蛋白质后的小麦秸秆对发酵的影响

4．1 引言

4．2 材料与方法

4．2．1 试验材料与试剂

4．2．2 试验仪器

4．2．3 试验菌种

4．2．4 培养基

4．3 分析方法

4．3．1 乙醇含量的测定

4．3．2 还原糖含量的测定

4．3．3 菌种培养方法

4．4 小麦秸秆除去蛋白质后对同步糖化发酵工艺的影响

4．4．1 pH值对除去蛋白质后的小麦秸秆同步糖化发酵工艺的影响

4．4．2 发酵温度对除去蛋白质后的小麦秸秆同步糖化发酵工艺的影响

4．4．3 发酵时间对除去蛋白质后的小麦秸秆同步糖化发酵工艺的影响

4．4．4 接种量对除去蛋白质后的小麦秸秆同步糖化发酵工艺的影响

4．4．5 纤维素酶添加量对除去蛋白质后的小麦秸秆同步糖化发酵工艺的影响

4．4．6 正交试验及结果

4．4．7 验证试验

4．4．8 对比试验

4．4．9 小结

4．5 小麦秸秆除去蛋白质后对分步糖化发酵工艺的影响

4．5．1 发酵温度对除去蛋白质后的小麦秸秆分步糖化发酵工艺的影响

4．5．2 发酵时间对除去蛋白质后的小麦秸秆分步糖化发酵工艺的影响

4．5．3 接种量对除去蛋白质后的小麦秸秆分步糖化发酵工艺的影响

4．5．4 正交试验及结果

4．5．5 对比试验

4．5．6 小结

4．6 两种发酵工艺发酵结果对比

5 结论与展望

5．1 结论

5．1．1 小麦秸秆除去蛋白质工艺研究

5．1．2 除去蛋白质后的小麦秸秆对纤维素酶水解的影响

5．1．3 除去蛋白质后的小麦秸秆对发酵的影响

5．2 展望

致谢

参考文献

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