超声波与助剂强化玉米秸秆预处理与酶水解的研究

【摘要】： 植物纤维资源主要成分中的纤维素、半纤维素可以通过化学、物理和生物的方法转化为糖。目前研究应用较多的主要是酸水解和酶水解。本论文应用辅助手段进行玉米秸秆的稀硫酸预处理和纤维素酶水解技术的研究,旨在降低预处理温度和稀硫酸浓度,提高预处理得糖率,同时通过牛血清白蛋白(BSA)、吐温(Tween)试剂等添加剂的作用降低水解过程中的酶用量,提高酶水解得糖率,最终达到提高植物纤维原料转化率的目的。主要研究结果如下: 1、超声波辐射对植物纤维原料的转化率有一定的影响,超声波辐射时间和超声波辐射功率都是重要的影响因素。超声波对预处理的温度、硫酸浓度、预处理时间有一定的影响。首先,在温度方面,玉米秸秆在121℃无超声波辐射和110℃有超声波辐射时的转化率相近;其次,从酸液浓度上说,当稀硫酸浓度为0.50%时,经超声波辐射后,预处理得率和酶水解得率分别为34.2%和31.8%,这一结果比稀硫酸浓度上升为0.75%未加超声波辐射时的32.0%和26.7%还要高;再次,超声波辐射后,反应时间为1.5h时的得率32.5%,比未加超声波辐射且反应时间为2h的得率29.3%要高出10.9%。 2、从超声波辅助预处理前后预处理液的高效液相图谱可以看出:温度是副产物产生的关键因素,在较低温度下,没有糠醛和羟甲基糠醛生成,超声波辐射过后,相对于原来木糖和葡萄糖没有减少,而乙酸的含量有所降低。 3、玉米秸秆酶水解得糖率随着BSA浓度的变化而变化。BSA能够率先吸附于木质素表面,防止了酶与木质素的结合而失活,增加了酶的有效利用率;在BSA浓度较低时,对酶水解的促进作用较为明显;浓度较高时这种促进作用逐步趋于缓和。当BSA浓度为0.5g/L时,玉米秸秆的酶水解得率达到最大值32.8%,比无BSA辅助时的得率提高了25.2%。 4、吐温试剂对酶水解都有明显的促进作用。在没有添加剂时,酶水解的得率为26.2%,添加一定浓度的Tween20和Tween80,酶水解24h后,得率分别上升了34.4%和37.0%。其高效液相谱图显示:葡萄糖浓度分别提高到6.00g/L和6.08g/L,提高了26.1%和27.7%;木糖浓度分别提高了63.8%和66.0%;而纤维二糖仅提高了22.7%。 5、随着超声波功率的增大,酶水解动力学参数Vm和Km均随之增大。无超声波时Vm和Km分别为3.59g/L*h和25.14;40w超声波辐射后,Vm和Km变为12.48g/L*h和85.51。 6、无超声波辐射的硫酸预处理残渣和有超声波辅射的硫酸预处理残渣的红外扫描曲线没有新峰出现,只在1514 cm~(-1),1604 cm~(-1),897cm~(-1)处,超声波辐射后,波峰变得较为尖锐,木质素内部芳香基团随C-O基的伸缩振动更剧烈;同时897cm-1处的连接纤维素和半纤维素的β-糖苷键振动加强。 【关键词】：玉米秸秆 酶水解 超声波 牛血清白蛋白 吐温试剂
【学位授予单位】：南京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TQ352
【目录】：

• 致谢3-4
• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 前言8-10
• 1 文献综述10-20
• 1.1 超声波的基本理论及其与化学的有机结合10-11
• 1.2 超声化学在生物化学上的应用11
• 1.3 植物纤维原料的预处理11-17
• 1.3.1 天然植物纤维质资源11-14
• 1.3.2 天然纤维原料常用的预处理方法14-17
• 1.4 植物纤维原料的酶水解17-20
• 1.4.1 纤维素酶水解机理17-18
• 1.4.2 辅助酶水解技术18-20
• 2 玉米秸秆超声辅助预处理的研究20-33
• 2.1 实验材料20
• 2.2 实验仪器20-21
• 2.3 实验方法21-22
• 2.3.1 超声波预处理21
• 2.3.2 表面活性剂预处理21
• 2.3.3 纤维素酶水解21
• 2.3.4 木糖/葡萄糖标准方程的测定21-22
• 2.3.5 还原糖的测定22
• 2.3.6 预处理液高效液相色谱分析22
• 2.4 实验结果与讨论22-31
• 2.4.1 温度对原料预处理的影响22-23
• 2.4.2 稀酸浓度对原料预处理的影响23-24
• 2.4.3 超声波功率对原料预处理的影响24-25
• 2.4.4 超声时间对原料预处理的影响25-26
• 2.4.5 反应时间对原料预处理的影响26-27
• 2.4.6 底物粒度对原料预处理的影响27
• 2.4.7 底物浓度对原料预处理的影响27-28
• 2.4.8 表面活性剂对原料预处理的影响28-29
• 2.4.9 预处理糖液的高效液相色谱分析29-31
• 2.5 小结31-33
• 3 超声波、BSA、吐温辅助酶水解的研究33-45
• 3.1 实验材料33-34
• 3.2 实验仪器34
• 3.3 实验方法34-36
• 3.3.1 纤维素酶吸附性测定34
• 3.3.2 超声波辅助酶水解34
• 3.3.3 BSA 辅助酶水解34-35
• 3.3.4 Tween 辅助酶水解35
• 3.3.5 纤维素酶活的测定35
• 3.3.6 β-葡萄糖苷酶活力的测定35
• 3.3.7 羧甲基纤维素（CMC）酶活力的测定35-36
• 3.3.8 酶水解糖液的组分测定36
• 3.4 实验结果与讨论36-44
• 3.4.1 BSA 对纤维素酶吸附性的影响36-37
• 3.4.2 超声波功率对酶水解的影响37-38
• 3.4.3 超声波辐射时间对酶水解的影响38-39
• 3.4.4 BSA 浓度对酶水解的影响39
• 3.4.5 Tween 试剂对酶水解的影响39-40
• 3.4.6 不同辅助方法对酶水解的影响40-41
• 3.4.7 酶水解液高效液相色谱分析41-44
• 3.5 小结44-45
• 4 玉米秸秆酶水解动力学45-51
• 4.1 实验材料45
• 4.2 实验仪器45
• 4.3 实验方法45-46
• 4.3.1 酶水解动力学45
• 4.3.2 红外图谱分析45-46
• 4.4 实验结果与讨论46-50
• 4.4.1 超声波对不同底物浓度酶水解的影响46
• 4.4.2 超声波对酶水解反应动力学参数的影响46-48
• 4.4.3 超声波辐射前后纤维素酶的红外光谱分析48-49
• 4.4.4 超声波辐射前后玉米秸秆红外光谱分析49-50
• 4.5 小结50-51
• 5 总结51-53
• 参考文献53-58

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