木质纤维素辐照预处理同步糖化发酵制备燃料乙醇的研究

摘要

石化资源的枯竭和环境恶化，迫使人们开始寻求“原料替代”和“过程替代”来开发生物质清洁燃料和化学品。然而，生物质自身结构稳定，很难有效地被降解和利用，因此，以生物质为原料，工程化生产燃料乙醇在新技术开发和成本上仍存在诸多挑战。针对这一问题，本文开发了一种基于伽马辐照预处理技术耦合同步同糖化发酵制备燃料乙醇的新方法。主要研究成果如下:
　　1.以微晶纤维素(MCC)为原料，系统比较了5种不同预处理-同步糖化发酵制备乙醇技术。结果表明，辐照剂量对MCC酶解和同步糖化发酵产乙醇有影响，最适剂量为891 kGy，此时，酶解糖化率99.6％，乙醇得率67％。5种预处理-同步糖化发酵制备乙醇的能力，依次为:离子液体≈辐照＞离子液体-稀酸＞稀酸。
　　2.以实际木质纤维素-芦苇为原料，建立了辐照预处理-同步糖化发酵制备乙醇新技术体系。首先，采用SEM、AFM等手段，分析了辐照预处理对木质纤维素结构的影响;然后，通过3因素混料设计，确定了生物质水解复合酶（纤维素酶∶半纤维素酶∶葡聚糖酶）最适配比为1∶2∶2，此时，葡萄糖得率达80％;其次，通过GC-MS分析发现，辐照预处理生物质会产生部分酵母发酵抑制物，主要为芳香类化合物，含量6.5 g/L。为此，比较了四种原位脱毒方法（水洗、水/乙酸乙酯萃取、NaOH过碱和NaBH4还原）对抑制物去除效果，NaBH4脱毒效果最佳。最后，建立了生物质辐照预处理-同步糖化发酵制备乙醇新工艺，葡萄糖转化率为99.7％，乙醇得率70％。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 第二代燃料乙醇

1．2 木质纤维素预处理

1．2．1 木质纤维素化学结构

1．2．2 木质纤维素预处理工艺与机理

1．3 木质纤维素酶解制备还原糖

1．4 还原糖发酵制备燃料乙醇策略

1．5 课题来源、研究目的和主要研究内容

第二章 微晶纤维素辐照预处理-同步糖化发酵制备乙醇

2．1 材料与方法

2．1．1 实验材料与仪器

2．1．2 辐照预处理MCC

2．1．3 不同预处理方法的比较

2．1．4 预处理MCC的化学组成分析与结构表征

2．1．5 预处理MCC的酶解与同步糖化发酵产乙醇

2．1．6 分析方法

2．2 结果与讨论

2．2．1 不同预处理方法预处理MCC的化学组成分析

2．2．2 SEM分析

2．2．3 FT-IR分析

2．2．4 热重分析

2．2．5 XRD和BET分析

2．2．6 预处理MCC的酶解效果

2．2．7 预处理MCC同步糖化发酵制备乙醇

2．2．8 不同预处理工艺的评价分析

2．3 本章小结

第三章 芦苇辐照预处理耦合同步糖化发酵制备燃料乙醇

3．1 材料与方法

3．1．1 实验材料与仪器

3．1．2 辐照预处理芦苇结构表征和化学组成分析

3．1．3 混料设计优化辐照预处理芦苇酶解的复合酶配比

3．1．4 辐照预处理芦苇过程中抑制剂的原位脱毒

3．1．5 芦苇生物质的酶解糖化

3．1．6 同步糖化发酵(SSF)

3．1．7 SSF过程中酿酒酵母生长状况

3．1．8 分析方法

3．2 结果与讨论

3．2．1 辐照预处理芦苇结构表征

3．2．2 混料设计优化辐照预处理芦苇酶解糖化的复合酶配比

3．2．3 辐照预处理芦苇降解产物的GC-MS分析

3．2．4 辐照预处理芦原位脱毒方式对原料组分和酶解的影响

3．2．5 辐照预处理芦苇原位脱毒方式对分步糖化发酵(SHF)产乙醇的影响

3．2．6 辐照预处理芦苇脱毒方式对同步糖化发酵(SSF)产乙醇的影响

3．3 本章小结

第四章 总结与展望

4．1 全文总结

4．2 展望

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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