水稻秸秆同步糖化发酵法制备乙醇的工艺研究

【摘要】： 乙醇是重要再生能源,目前多以玉米等为原料生产乙醇。但随着世界人口的不断增长,粮食匮乏问题日益严重,我国已经开始逐步限制粮食乙醇的生产。我国秸秆资源十分丰富,大部分没有得到开发和利用,由于目前秸秆转化技术尚不成熟,无法开展秸秆乙醇的工业化生产。本文以水稻秸秆为原料,针对目前秸秆预处理效果不佳且对设备要求高、纤维素酶酶活低及发酵过程复杂耗时长等问题,采用微波技术进行预处理,利用本实验室保存的高产纤维素酶的黑曲霉菌株培养产纤维素酶,运用同步糖化发酵技术生产乙醇,为利用水稻秸秆制备乙醇提供参考数据。主要研究内容和结果如下: 1.水稻秸秆预处理工艺的研究。比较了秸秆的碱法和微波碱联合预处理的工艺。只用碱处理秸秆时,适宜的碱浓度为8%,得到的还原糖含量为11.53mg/mL。在此基础上,利用微波碱联合预处理,确定是适宜的微波剂量为4.8w/g,微波碱联合处理的糖化效率比碱处理的糖化效率提高了27.02%。 2.高产纤维素酶黑曲霉菌株的筛选及培养条件的研究。从实验室保存的四株黑曲霉菌株中筛选出酶活高的黑曲霉M34。确定了黑曲霉M34基于最高酶活的产酶条件,温度30℃、pH5.5、摇床转速200 r/min的条件下培养6天,得到的初酶液的酶活为44.34 U/mg。 3.水稻秸秆同步糖化发酵制备乙醇的工艺研究。确定了水稻秸秆的同步糖化发酵工艺,在温度为40℃,pH为4、纤维素酶的添加量为25U/g时,加入8%的酵母进行同步糖化发酵,此条件下发酵得到的乙醇转化率为69.22%,乙醇得率为15.58%。 【关键词】：水稻秸秆 乙醇 黑曲霉 纤维素酶 微波 同步糖化发酵
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TQ223.122
【目录】：

• 目录4-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-8
• 1. 前言8-16
• 1.1 植物纤维素原料制备乙醇的研究8
• 1.2 纤维素原料乙醇制备工艺的研究8-14
• 1.2.1 纤维素原料预处理8-10
• 1.2.1.1 微波处理9-10
• 1.2.1.2 碱处理10
• 1.2.2 纤维素的水解10-12
• 1.2.2.1 化学法水解10-11
• 1.2.2.2 纤维素酶水解11-12
• 1.2.3 发酵产乙醇菌株12-13
• 1.2.4 乙醇发酵的同步糖化发酵工艺13-14
• 1.3 研究目的与主要研究内容14-16
• 1.3.1 研究目的与意义14
• 1.3.2 主要技术路线14-15
• 1.3.3 主要研究内容15-16
• 2 材料与方法16-23
• 2.1 试验材料16-17
• 2.1.1 试验材料16
• 2.1.2 主要试剂16-17
• 2.1.3 主要溶液及培养基的配制及作用17
• 2.1.3.1 察氏培养基17
• 2.1.3.2 液体产酶培养基17
• 2.1.3.3 土豆培养基17
• 2.1.3.4 发酵培养基17
• 2.2 主要仪器17-18
• 2.3 试验方法18-23
• 2.3.1 主要工艺路线18
• 2.3.2 样品处理18-20
• 2.3.2.1 含水量的测定18-19
• 2.3.2.2 粗纤维含量测定19
• 2.3.2.3 粗蛋白质含量测定19
• 2.3.2.4 灰分含量测定19
• 2.3.2.5 木质素的测定19
• 2.3.2.6 半纤维素含量的测定19
• 2.3.2.7 还原糖含量的测定19
• 2.3.2.8 乙醇浓度的测定19-20
• 2.3.2.9 水稻秸秆酶解20
• 2.3.2.10 纤维素酶酶活的测定20
• 2.3.2.11 红外检测20
• 2.3.3 水稻秸秆预处理20-21
• 2.3.3.1 碱处理20
• 2.3.3.2 微波碱处理20-21
• 2.3.4 黑曲霉菌株产纤维素酶条件的研究21
• 2.3.4.1 黑曲霉菌株的活化与复壮21
• 2.3.4.2 黑曲霉菌株孢子悬液制备及接种量的确定21
• 2.3.4.3 黑曲霉产纤维素酶条件的研究21
• 2.3.5 乙醇同步糖化发酵工艺的研究21-22
• 2.3.6 数据分析22-23
• 3. 结果与分析23-36
• 3.1 水稻秸秆预处理23-27
• 3.1.1 原料的选择23
• 3.1.2 水稻秸秆的预处理23-26
• 3.1.2.1 氢氧化钠浓度对水稻秸秆水解的影响23-24
• 3.1.2.2 微波条件对水稻秸秆的影响24-26
• 3.1.3 小结26-27
• 3.2 黑曲霉产纤维素酶条件的研究27-33
• 3.2.1 黑曲霉菌株的活化与复壮27
• 3.2.2 产酶菌株孢子悬液制备27-28
• 3.2.3 培养时间对黑曲霉产纤维素酶酶活的影响28
• 3.2.4 温度对黑曲霉产纤维素酶酶活的影响28-29
• 3.2.5 pH对黑曲霉产纤维素酶酶活的影响29-30
• 3.2.6 转速对黑曲霉产纤维素酶酶活的影响30-31
• 3.2.7 正交实验31-32
• 3.2.8 小结32-33
• 3.3 水稻秸秆同步糖化发酵工艺研究33-36
• 4. 讨论36-38
• 4.1 预处理水稻秸秆的方法36
• 4.2 纤维素原料发酵制备乙醇的菌种36
• 4.3 同步糖化发酵技术36-38
• 结论38-39
• 1 水稻秸秆预处理条件的确定38
• 2 产纤维素酶高酶活的黑曲霉的筛选及培养条件的确定38
• 3 水稻秸秆同步糖化发酵制备乙醇工艺的确定38-39
• 参考文献39-44
• 致谢44-45
• 附录45

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