亚硫酸盐法预处理对麦草糖化的影响

摘要

以化石能源为主的不可再生能源对全球经济和社会的发展起到了巨大的推动作用，随着化石能源的大量消耗以及其使用过程中产生的环境污染，使以化石能源为主导的经济模式正在面临重大的考验。利用木质纤维素原料等可再生能源替代化石能源迫在眉睫。利用木质纤维素原料生产生物乙醇是缓解能源紧和环境污染的有效途径之一，其主要生产过程分为预处理、酶水解、发酵和乙醇分离四个步骤，其中的关键点和难点是预处理。本文以麦草为原料，通过正交实验设计考查稀硫酸预处理工艺和亚硫酸盐预处理工艺的预处理效果。
　　 稀酸法预处理实验中采用L16(44)正交实验设计考查预处理温度、硫酸用量、保温时间和固液比对麦草糖化效果的影响。结果表明影响麦草糖化效果的主要因素是硫酸用量和预处理温度，保温时间和固液比次之。确定稀硫酸预处理的优化条件:预处理温度为180℃，硫酸用量为1.5％，固液比为1∶6，保温时间为10min。经重复实验验证，得到各个指标的结果为:酶水解转化率为72.76％，葡萄糖得率61.33％，木素溶出率为14.18％，戊聚糖溶出率为41.22％，戊聚糖保留率为21.20％。
　　 亚硫酸盐预处理实验中采用L16(44)正交实验设计考查亚硫酸氢钠用量、预处理温度、硫酸用量和保温时间对预处理效果的影响。结果表明影响糖化效果的主要因素是预处理温度和亚硫酸氢钠用量，硫酸用量和保温时间次之。得到亚硫酸盐法预处理最优条件为（固液比为1∶4）:预处理温度为180℃、亚硫酸氢钠用量为3.0％、硫酸用量为1.5％、保温时间为20min。在此条件下，酶水解转化率为91.00％、葡萄糖得率为72.45％、木素溶出率为24.52％、戊聚糖溶出率为45.53％、戊聚糖保留率为25.02％。亚硫酸盐预处理的效果要明显由于稀硫酸预处理工艺。在优化条件的基础上，论文进一步研究了固液比的变化对预处理效果的影响。结果表明:增加固液比促进了戊聚糖和木质素的溶出，提高了酶水解转化率和葡萄糖得率，但对酶水解速率的影响较小。
　　 论文研究了不同pH值对添加4％亚硫酸氢钠和未添加亚硫酸氢钠两种预处理的影响。结果表明:在所研究的pH值区间内添加亚硫酸氢钠的预处理优于未添加亚硫酸氢钠的预处理，而且酸性环境下的预处理优于碱性环境下的预处理，中性环境中的预处理效果不理想。
　　 在亚硫酸氢钠用量4％，硫酸用量1.86％，固液比为1∶4，预处理温度从100℃上升至180℃，保温时间分别是0min，10min，20min，30min和40min的条件下研究了亚硫酸盐预处理的反应历程。结果显示:温度上升的初期只有极少的戊聚糖和木素溶出，当温度升至140℃之后，戊聚糖溶出率和木素溶出率开始大幅上升，酶水解转化率和葡萄糖得率随之升高。延长保温时间不仅能提升麦草的糖化效率，还有利于戊聚糖的溶出和木素的溶出，但保温时间过长会造成木素分子的缩合，不利于木素的溶出。

目录

声明

摘要

1 前言

1.1 木质纤维素

1.1.1 纤维素

1.1.2 半纤维素

1.1.3 木质素

1.2 纤维素乙醇制备方法概述

1.3 预处理技术

1.3.1 物理方法

1.3.2 化学预处理

1.3.3 物理化学预处理

1.3.4 生物预处理

1.3.5 预处理方法的分析对比

1.4 纤维素酶水解

1.4.1 纤维素酶的组成

1.4.2 纤维素酶催化机制

1.4.3 影响酶水解的主要因素

1.5 本文研究意义、内容和方法

1.5.1 本论文采用的预处理方法的选择及其研究进展

1.5.2 原料的选择及其糖化的研究进展

1.5.3 本论文的研究目的及意义

1.5.4 研究内容

2 稀酸预处理工艺及其对麦草糖化的影响

2.1 原料及方法

2.1.1 实验原料

2.1.2 实验试剂级别及来源

2.1.3 实验仪器

2.1.4 实验方法

2.2 结果与讨论

2.2.1 原料主要成分及其含量

2.2.2 正交实验条件及结果

2.2.3 各个因素对酶水解转化率影响

2.2.4 各个因素对葡萄糖得率的影响

2.2.5 各个因素对戊聚糖溶出率的影响

2.2.6 各个因素对戊聚糖保留率的影响

2.2.7 各个因素对木质素溶出率的影响

2.2.8 优化条件下的重复实验

2.3 结论

3 亚硫酸盐预处理对麦草糖化的影响

3.1 实验原料及方法

3.1.1 实验原料

3.1.2 实验试剂来源及规格

3.1.3 实验仪器

3.1.4 实验方法

3.2 结果与讨论

3.2.1 原料主要成分及其含量

3.2.2 正交实验条件及结果

3.2.3 各个因素对酶水解转化率的影响

3.2.4 各个因素对葡萄糖得率的影响

3.2.5 各个因素对戊聚糖溶出率的影响

3.2.6 各个因素对戊聚糖保留率的影响

3.2.7 各个因素对木质素溶出率的影响

3.2.8 优化条件以及重复实验

3.2.9 固液比对预处理后麦草糖化效果的影响

3.3 结论

4 亚硫酸盐预处理pH值对糖化效果的影响及预处理反应历程的研究

4.1 实验原料及方法

4.1.1 实验原料

4.1.2 实验试剂来源及规格

4.1.3 实验仪器

4.1.4 实验方法

4.2 结果与讨论

4.2.1 预处理中pH值对糖化效果的影响

4.2.2 亚硫酸盐预处理的反应历程研究

4.3 结论

5 全文总结

6 展望

参考文献

8 论文发表情况

致谢

附录