玉米秸秆制备生物乙醇及其综合利用

摘要

人类社会的发展和进步始终和能源的开发与利用密切相关，化石能源作为主流能源为人类社会经济的发展起到了巨大的推动作用，但其大量消耗致使其接近枯竭，同时也带来严重的环境污染。发展新型可再生能源迫在眉睫。生物能源尤其是生物乙醇是解决能源问题和减少温室气体排放的关键途径之一。利用地球上最丰富的可再生资源木质纤维素[2]生产生物乙醇具有广阔的发展前景[4]。 木质纤维素生产生物乙醇的基本路线为预处理、纤维素的降解、乙醇的发酵和乙醇的分离四个部分，其中难点为预处理、木糖利用和纤维素降解。 稀硫酸预处理作为本文主要预处理方法，单因素实验显示各因素最佳水平为：温度130℃，固液比1∶20，酸浓度0.75％(v·v-1)和时间30min。稀磷酸预处理单因素条件为125℃，1.00％(v·v-1)，固液比1∶30，处理秸秆粉50min。 稀酸预处理生成的木糖分别用于发酵基因重组菌．EscherichiacoliBL21表达单细胞蛋白类人胶原蛋白和培养产氢菌EnterobacterFML—C1进行生物制氢。结果类人胶原蛋白表达量提高了50.00％，木糖利用率63.71％；生物制氢中每升培养液获得最大产氢量460mLH2，木糖利用率80.93％。 纤维素的降解的研究主要集中在纤维素高效降解菌株的筛选上。从富含纤维素的环境中采集菌种。以滤纸赫奇逊固体培养基和纤维素固体培养基初筛，再以滤纸无机盐培养基和刚果红培养基进行复筛，最终筛选出5株降解效果较好的菌种。 利用所筛纤维素高效降解菌种分别进行分步糖化发酵法和同步糖化发酵法，获得乙醇产率分别为0.17g/gDS和0.076g/gDS。

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第1章绪论

1.1 可再生能源中的生物能源

1.2生物乙醇

1.3 木质纤维素

1.3.1木质纤维素的成分

1.3.2木质纤维素的结构

1.3.3纤维素

1.3.4半纤维素

1.3.5木质素

1.4 预处理

1.4.1稀酸预处理

1.4.2碱预处理

1.4.3蒸汽爆破法

1.4.4氨纤维爆破法

1.4.5生物法预处理

1.5 生物乙醇制备中的"多维利用"和"生物精炼"

1.6纤维素酶

1.6.1.纤维素酶结构

1.6.2 纤维素酶活的影响因素及其提高方法

1.7乙醇发酵

1.8 从木质纤维素到生物乙醇

1.9 生物乙醇制备的难点和本文要点

第2章 稀酸预处理

2.1 实验原理

2.2实验材料

2.1.1 预处理

2.2.2差重法

2.2.3 DNS定量测糖

2.3实验仪器

2.4实验方法

2.4.1预处理

2.4.2差重法

2.4.3 DNS定量测糖

2.5 实验结果与讨论

2.5.1标准曲线

2.5.2稀酸预处理

第3章 稀酸预处理液综合高效利用

3.1实验原理

3.2 实验材料

3.2.1预处理

3.2.2培养基

3.2.3菌种

3.3 实验仪器

3.4实验方法

3.4.1预处理

3.4.2还原糖成分定量分析

3.4.3氢气含量测定

3.4.4还原糖总量定量测定

3.4.5 Eschenchia coliBL21秸秆预处理培养基的优化

3.4.6秸秆预处理培养基培养基因重组大肠杆菌Escherichia coli BL21

3.4.7 用制氢培养基培养产氢菌EnterobacterFML-C1

3.4.8蛋白质总量定量测定

3.5 实验结果和讨论

3.5.1预处理

3.5.2 Escherichia coliBL21秸秆预处理培养基的优化

3.5.3 秸秆预处理培养基培养基因重组大肠杆菌Escherichia coli BL21

3.5.4用制氢培养基培养产氢菌Enterobacter FML-C1

第4章 高效降解纤维素菌株的筛选及其产纤维素酶的研究

4.1实验原理

4.1.1初筛和复筛

4.1.2酶活检测

4.2实验材料

4.2.1 纤维素酶活力测定所需试剂和材料

4.2.2预处理

4.2.3培养基

4.3 实验仪器

4.4实验方法

4.4.1初筛

4.4.2复筛

4.4.3预处理和降解糖化能力测试

4.4.4纤维素钠酶活力

4.4.5滤纸酶活力

4.4.6 胞内产酶和胞外产酶的测定和鉴别

4.4.7最佳产酶时间的确定

4.5 实验结果与讨论

4.5.1初筛结果

4.5.2复筛结果

4.5.3预处理和降解糖化能力测试结果

4.5.4胞内酶活和胞外酶活的比较

4.5.5最佳产酶时间的确定

第5章 两种生物乙醇制备法的比较

5.1实验原理

5.1.1分步糖化发酵法

5.5.2同步糖化发酵法

5.2实验材料

5.2.1预处理

5.2.2培养基

5.2.3菌种

5.3实验仪器

5.4实验方法

5.4.1预处理和降解糖化

5.4.2乙醇的测定

5.4.3分步糖化发酵法

5.4.4同步糖化发酵法

5.5 实验结果与讨论

5.5.1分步糖化发酵法

5.5.2同步糖化发酵法

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的科研成果

致谢