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【6h】

小麦秸秆冻融-酸碱相结合的预处理工艺研究

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目录

摘要

1 前言

1.1 汽车燃料乙醇

1.2 燃料乙醇原料

1.3 木质纤维素组成

1.3.1 纤维素

1.3.2 半纤维素

1.3.3 木质素

1.3.4 木质素与碳水化合物间的连接

1.4 木质纤维素糖化

1.5 预处理

1.5.1 预处理方法

1.5.2 预处理对其它程序的影响

1.5.3 预处理方法的选择

1.6 自然冷能

1.6.1 冬季冷资源

1.6.2 自然温差

1.6.3 物质状态改变吸热

1.7 课题的研究目的及内容

1.7.1 选题目的

1.7.2 课题内容

2 冻融后酸处理对小麦秸秆产糖的影响

2.1 引言

2.2 实验材料

2.2.1 实验原料

2.2.2 主要试剂及仪器

2.3 实验方法

2.3.1 确定酸处理条件

2.3.2 冻融处理后酸处理

2.3.3 纤维素酶解

2.3.4 分析方法

2.4 结果与分析

2.4.1 小麦秸秆主要成分

2.4.2 还原糖标准曲线

2.4.3 小麦秸秆硫酸预处理条件确定

2.4.4 冻融对小麦秸秆硫酸预处理的影响

2.4.5 第一步预处理效果

2.5 本章小结

3 石灰预处理对纤维素酶解的影响

3.1 引言

3.2 实验材料

3.2.1 实验原料

3.2.2 主要试剂及仪器

3.3 实验方法

3.3.1 生长期小麦秸秆纤维素酶解

3.3.2 低温石灰处理

3.3.3 高温石灰处理

3.3.4 分析方法

3.4 结果与分析

3.4.1 木素积累对纤维素酶解的影响

3.4.2 反应时间对处理效果的影响

3.4.3 加碱量对处理效果的影响

3.4.4 液固比对处理效果的影响

3.4.5 石灰处理的条件优化

3.4.6 第二步预处理效果

3.5 本章小结

4 牛血清蛋白对纤维素酶解效率的影响

4.1 引言

4.2 实验材料

4.2.1 实验原料

4.2.2 主要试剂及仪器

4.3 实验方法

4.3.1 纤维素酶解液中添加牛血清蛋白

4.3.2 测定酶解液中的纤维素酶活力

4.3.3 分析方法

4.4 结果与分析

4.4.1 牛血清蛋白对纤维素酶解的影响

4.4.2 牛血清蛋白影响纤维素酶水解的机理

4.5 本章小结

5 结论与展望

5.1 主要工作

5.2 主要结论

5.3 不足与展望

致谢

参考文献

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摘要

燃料乙醇可以代替汽油作为汽车燃料。乙醇较汽油具有更高的燃烧效率,对环境污染小。以木质纤维素生物质生产乙醇原料充足,且可再生。木质纤维素生物转化生产乙醇的步骤包括预处理、酶解、发酵等步骤。酶解得到的还原糖可以通过微生物发酵生产乙醇,预处理是为了提高酶解效率。
   本文以小麦秸秆为原料。为了将秸秆中的纤维素和半纤维素高效转化为可以用来发酵的还原糖,对秸秆进行两步预处理,并向纤维素酶解反应液中添加牛血清蛋白,研究结果如下:
   1.确定硫酸处理条件为:温度80℃,硫酸质量分数2wt%,硫酸添加量20mL/g,反应时间20h。每克秸秆经酸水解产生还原糖264mg,糠醛4.3mg,经纤维素酶(NS22074,20U/g,48h)水解产生还原糖115mg,纤维素酶解率为33%。
   2.第一步预处理。小麦秸秆冻融处理条件为:冷冻温度-20℃,冷冻时间12h,融化温度25℃,融化时间1h,加水量10mL/g,冻融循环2次。冻融处理后进行硫酸水解,硫酸处理条件为:温度80℃,硫酸质量分数2wt%,硫酸添加量20mL/g,反应时间16h。每克秸秆经酸水解产生还原糖295mg,糠醛1.5mg,经纤维素酶(NS22074,20U/g,48h)水解产生还原糖128mg,纤维素酶解率37%。小麦秸秆经冻融处理后持水率增大,反应活性增强,硫酸处理效率得到提高。
   3.第二步预处理。以第一步处理的小麦秸秆作为底物在低温和高温下分别对其进行石灰处理,低温石灰处理条件为:温度60℃,水10mL/g,石灰75mg/g,反应时间20h。每克秸秆经两步处理后,纤维素酶(NS22074,20U/g,48h)水解产生还原糖215.5mg,纤维素酶解率64%。高温石灰处理条件为:温度121℃,水15mL/g,石灰100mg/g,反应时间60min。每克秸秆经两步处理后,纤维素酶(NS22074,20U/g,48h)水解产生还原糖242.1mg,纤维素酶解率72%。小麦秸秆经石灰处理后木质素减少使得纤维素得以暴露,并且纤维素被润胀,纤维素化学活性增强。对比低温和高温石灰处理的反应效率,采用高温处理方法。
   4.以经过两步处理后的小麦秸秆为底物,酶解液中添加牛血清蛋白50mg/g底物,纤维素酶(NS22074,20U/g,48h)水解纤维素率为80%,72h时酶解率达到85%。对牛血清蛋白对纤维素酶的促进作用机理进行探究发现:牛血清蛋白可以提高纤维素酶系的协同作用,提高酶与底物间吸附、解吸速率,纤维素酶表现出更高的酶活力;牛血清蛋白可以减少纤维素酶吸附木质素而失活。

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