木糖发酵菌种的筛选及利用玉米秸秆产乙醇工艺的研究

【摘要】： 由于世界能源危机日益严重以及环境污染问题的日益加剧,发展可再生的清洁能源成为了解决这两个问题的最有效的方法之一。木糖是木质纤维素水解物中含量仅次于葡萄糖的一种单糖,木糖的高效生物转化对工业化生产生物质乙醇具有重要的意义。本论文的研究内容是筛选出高效发酵木糖生产乙醇的酵母,并以玉米秸秆为原料进行预处理方法的优化,利用酵母进行乙醇发酵,主要结果如下: 从63个包括朽木、树叶和其他富含木质纤维素的土样样品筛选出13株可以发酵木糖生产乙醇的野生酵母菌株。在25℃条件下能够发酵木糖生产乙醇的菌株有9株,其中4,5,14-1号菌株在发酵72h的乙醇产量能够达到4.0～8.6 g/L;在37℃条件下能发酵木糖生产乙醇的菌株有一株菌株,为54号菌株。 运用26SrDNA基因序列鉴定方法,并通过与描述的典型的Pichia stipitis菌株的糖类同化结果进行对照,其中4号和5号菌株与典型Pichia stipitis菌株的最大同源性分别为100%和99%。4号菌株发酵48h后乙醇浓度能够达到21.0 g/L。 利用氧化钙预处理法、碱性过氧化氢预处理法和稀硫酸预处理法对玉米秸秆进行预处理和酶水解,其中稀硫酸预处理的还原糖转化率优于其他两种方法,为808.234 mg/g(g还原糖/g玉米秸秆)。经过响应面试验分析得到稀硫酸预处理玉米秸秆的最佳工艺为稀硫酸浓度为1.5%,酶解时间为70.7 h,纤维素酶和半纤维素酶加入量为110.3 mg/g,预处理时间为60 min,酶解温度45℃,pH4.5。 通过对三种玉米秸秆预处理方法酶解液的发酵试验进行比较可以得出:氧化钙预处理方法的还原糖利用率较高,其次为碱性过氧化氢预处理方法得到的酶解液,还原糖利用率最低的是用稀硫酸预处理的酶解液。 从发酵试验中可以看出乙醇产量和酵母浓度与还原糖利用率有一定的正相关性。利用氧化钙预处理酶解液的浓缩液和碱性过氧化氢预处理酶解液的浓缩液发酵,乙醇产量较高,最大的乙醇产量分别是13.3 g/L和12.0 g/L;而且达到最大乙醇产率的时间较早,为48 h。 【关键词】：木糖 生物乙醇 菌株筛选 玉米秸秆 树干毕赤氏酵母
【学位授予单位】：河南工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TQ223.122
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 前言9-17
• 1.1 研究燃料乙醇的必要性9-10
• 1.2 利用纤维素质原料生产乙醇的发展前景10-12
• 1.2.1 纤维素质原料来源10
• 1.2.2 木质纤维素材料的结构10-11
• 1.2.3 木质纤维原料生产乙醇技术11-12
• 1.3 木质纤维素质原料的预处理方法12-14
• 1.3.1 物理方法12-13
• 1.3.2 化学预处理方法13-14
• 1.3.3 生物法14
• 1.4 木糖发酵微生物14-15
• 1.5 立题意义及主要研究内容15-17
• 1.5.1 立题意义15-16
• 1.5.2 研究内容16-17
• 第二章 发酵木糖酵母菌株的筛选17-30
• 2.1 引言17-18
• 2.2 材料和方法18-21
• 2.2.1 原料18
• 2.2.2 材料18-19
• 2.2.3 方法19-21
• 2.3 结果与讨论21-29
• 2.3.1 发酵试验结果21-23
• 2.3.2 酵母菌株鉴定23-27
• 2.3.3 发酵条件的优化27-29
• 2.4 小结29-30
• 第三章 玉米秸秆预处理、酶解试验30-60
• 3.1 引言30-31
• 3.2 本章研究内容31
• 3.3 材料与方法31-37
• 3.3.1 材料31
• 3.3.2 主要试剂31
• 3.3.3 主要实验仪器31-32
• 3.3.4 还原糖的测定方法32-33
• 3.3.5 氧化钙预处理玉米杆试验33-34
• 3.3.6 碱过氧化氢预处理玉米秸秆试验34-35
• 3.3.7 稀硫酸预处理玉米秸秆试验35-36
• 3.3.8 秸秆组分的检测方法36-37
• 3.4 结果分析37-57
• 3.4.1 氧化钙预处理37-45
• 3.4.2 碱过氧化氢预处理试验结果45-51
• 3.4.3 稀硫酸预处理试验结果51-57
• 3.4 秸秆微观结构的扫描电镜57-59
• 3.5 小结59-60
• 第四章 玉米秸秆酶解液发酵试验60-69
• 4.1 引言60
• 4.2 本章研究的内容60
• 4.3 材料与方法60-63
• 4.3.1 材料60
• 4.3.2 试剂60-61
• 4.3.3 主要实验仪器61
• 4.3.4 酶解液的浓缩61
• 4.3.5 树干毕赤酵母的驯化61-62
• 4.3.6 小麦秸秆酶解浓缩液发酵62
• 4.3.7 细胞浓度、还原糖含量、乙醇浓度的测定62-63
• 4.4 结果与讨论63-67
• 4.4.1 树干毕赤酵母(pichia stipitis m4)对各种浓缩液的发酵试验63-64
• 4.4.2 树干毕赤酵母(pichia stipitis m4)在各种酶解液及浓缩液中的生长情况64-65
• 4.4.3 树干毕赤酵母(pichia stipitis m4)发酵酶解液过程中还原糖的利用情况65-67
• 4.5 小结67-69
• 第五章 结论与展望69-71
• 5.1 结论69-70
• 5.2 展望70-71
• 参考文献71-75
• 致谢75-76
• 个人简介76

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