玉米秸秆多酶水解条件研究

【摘要】：纤维素水解糖化中酶解率低、纤维素酶成本高等问题严重制约了木质纤维素原料的生物转化和利用。研究表明,酶解过程中单靠一种或一类水解酶很难达到预期效果,因此需要由纤维素酶和其它水解酶共同作用,才能更好的实现木质纤维素的水解糖化。 首先本论文通过单因素实验确定了纤维素酶水解玉米秸秆的最适酶量约为60FPU/g(秸秆)(?)4.8；木聚糖酶为90IU/g(秸秆),pH为5.0；果胶酶为40IU/g(秸秆),pH为3.8；α-(?)酶为60IU/g(秸秆),pH为5.0。四种酶分别在底物浓度20g/L,50℃、150r/min条件下水解玉米秸秆48h,水解率依次达到32.21%、30.07%、21.53%和16.10%。 在单因素实验结果基础上,研究玉米秸秆复合酶水解的酶量配比和多酶分步水解的加酶顺序。结果表明：在液固比50:1,50℃,150r/min,48h的水解条件下,同步水解复合酶添加量的较优配比为纤维素酶60FPU/g(秸秆)、木聚糖酶50IU/g(秸秆)、果胶酶20IU/g(秸秆)、α-淀粉酶20IU/g(秸秆),水解率为39.86%。分步水解的酶解顺序为先加纤维素酶,再加木聚糖酶,其次果胶酶,最后加α-淀粉酶,水解率为43.75%。 对黑曲霉固体发酵产复合酶的研究表明,出发菌株黑曲霉FIP-09-24固体发酵可以积累纤维素酶,木聚糖酶及果胶酶,这些都是玉米秸秆水解中的主要酶。黑曲霉FIP-09-24在28℃下发酵产酶72h,用250mL缓冲液对发酵干曲在4℃下提酶10h,用制备的酶液水解玉米秸秆,在水解条件为液固比50:1,50℃,150r/min,48h下水解率达到42.56%。 【关键词】：玉米秸秆 纤维素酶 木聚糖酶 果胶酶 α-淀粉酶
【学位授予单位】：大连工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TQ925
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 第一章 文献综述11-20
• 1.1 纤维类生物质能源11
• 1.2 玉米秸秆的主要组分11-13
• 1.2.1 纤维素11-12
• 1.2.2 半纤维素12
• 1.2.3 木质素12
• 1.2.4 果胶质12-13
• 1.2.5 细胞壁蛋白13
• 1.3 水解玉米秸秆的主要酶系13-15
• 1.3.1 纤维素酶13-14
• 1.3.1.1 纤维素酶的分类13-14
• 1.3.1.2 纤维素酶的作用机理14
• 1.3.2 木聚糖酶14
• 1.3.3 果胶酶14-15
• 1.3.4 其他酶15
• 1.4 玉米秸秆的水解方法15-16
• 1.4.1 稀酸水解法15
• 1.4.2 浓酸水解法15-16
• 1.4.3 酶水解法16
• 1.4.4 酶酸联合水解法16
• 1.4.5 临界水两步水解法16
• 1.5 复合酶协同降解的应用16-18
• 1.5.1 复合酶在饲料中的应用17
• 1.5.2 复合酶在淀粉质乙醇发酵中的应用17-18
• 1.5.3. 复合酶在旧报纸(ONP)脱墨中的应用18
• 1.6 本课题的研究内容及意义18-20
• 1.6.1 本课题的研究内容18-19
• 1.6.2 本课题的研究意义19-20
• 第二章 玉米秸秆复合酶同步水解条件优化20-31
• 2.1 材料与试剂20-21
• 2.1.1 材料20
• 2.1.2 试剂20-21
• 2.2 实验仪器21
• 2.3 实验方法21-23
• 2.3.1 试剂配制21
• 2.3.2 含水率的测定21-22
• 2.3.3 酶解液中总还原糖的测定22
• 2.3.4 酶水解率的计算22-23
• 2.3.5 纤维素酶酶解条件的确定23
• 2.3.6 复合酶酶解条件的确定23
• 2.4 结果与分析23-30
• 2.4.1 纤维素酶浓度对还原糖量的影响23-24
• 2.4.2 底物质量浓度对还原糖量的影响24-26
• 2.4.3 温度对还原糖量的影响26-27
• 2.4.4 复合酶中木聚糖酶添加量的确定27-28
• 2.4.5 复合酶中果胶酶添加量的确定28-29
• 2.4.6 复合酶中α-淀粉酶添加量的确定29-30
• 2.5 小结30-31
• 第三章 玉米秸秆多酶分步水解条件优化31-40
• 3.1 材料与试剂31
• 3.1.1 材料31
• 3.1.2 试剂31
• 3.2 实验仪器31-32
• 3.3 实验方法32-33
• 3.3.1 木聚糖酶水解条件的确定32
• 3.3.1.1 木聚糖酶酶用量的确定32
• 3.3.1.2 木聚糖酶酶解pH的确定32
• 3.3.2 果胶酶水解条件的确定32-33
• 3.3.2.1 果胶酶酶用量的确定32
• 3.3.2.2 果胶酶酶解pH的确定32-33
• 3.3.3 α-淀粉酶水解条件的确定33
• 3.3.3.1 α-淀粉酶酶用量的确定33
• 3.3.3.2 α-淀粉酶酶解pH的确定33
• 3.3.4 多酶分步水解条件的确定33
• 3.4 结果与分析33-39
• 3.4.1 木聚糖酶浓度对还原糖量的影响33-34
• 3.4.2 木聚糖酶酶解pH对还原糖量的影响34-35
• 3.4.3 果胶酶浓度对还原糖量的影响35
• 3.4.4 果胶酶酶解pH对还原糖量的影响35-36
• 3.4.5 α-淀粉酶酶用量对还原糖量的影响36-37
• 3.4.6 α-淀粉酶酶解pH对还原糖量的影响37
• 3.4.7 不同酶解顺序对总还原糖量及水解率的影响37-39
• 3.5 小结39-40
• 第四章 黑曲霉固态发酵产复合酶水解玉米秸秆的条件优化40-50
• 4.1 材料与试剂40-41
• 4.1.1 材料40
• 4.1.2 试剂40-41
• 4.1.3 培养基41
• 4.2 实验仪器41-42
• 4.3 实验方法42-45
• 4.3.1 黑曲霉固体培养42
• 4.3.2 粗酶液的制备42
• 4.3.3 玉米秸秆水解42
• 4.3.4 酶活性的测定42-45
• 4.3.4.1 FPA酶活42-43
• 4.3.4.2 CMC酶活43-44
• 4.3.4.3 木聚糖酶酶活44
• 4.3.4.4 果胶酶酶活44-45
• 4.4 结果与讨论45-49
• 4.4.1 培养时间对酶活及水解率的影响45-47
• 4.4.2 抽提液体积对酶活及水解率的影响47-48
• 4.4.3 提酶时间对酶活及水解率的影响48-49
• 4.5 小结49-50
• 第五章 结论及展望50-52
• 5.1 结论50
• 5.2 展望50-52
• 参考文献52-56
• 硕士期间参与的科研项目与成果56-57
• 致谢57

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