玉米秸秆降解及其生产乙醇的研究

【摘要】： 能源问题日趋严峻,迫切需要人们开发替代能源。乙醇以其可再生、绿色无污染等优点受到重视,利用木质纤维素生产燃料乙醇是未来能源发展的一个重要方向,既解决能源危机,又充分利用资源、保护环境。本论文由此立题,进行利用农作物秸秆生产燃料乙醇的研究。 通过预处理、酶糖化条件的选择,高效降解纤维素菌种的筛选,单菌和混合菌共同降解及其发酵乙醇等几个方面,综合研究了现阶段利用木质纤维素生产乙醇的工艺方法。 通过对多种预处理方法的比较,最终确定0.75%稀硫酸,固液比1:20,在130℃下处理30min为最优预处理条件。 随后使用纤维素酶,对预处理后的秸秆进行糖化,并使用酵母进行乙醇发酵,发现乙醇产量与酶的使用量密切相关,确定出酶处理条件为:酶用量15mg/gDS、50℃,150rpm下处理5小时,随后按酵母接种量10%、发酵培养2天,乙醇产率可达0.163g/gDS。 本论文重点是菌种筛选,通过分离筛选,确定出10株降解效果较好的菌种,分别测定羧甲基纤维素酶活(CMCA)和滤纸酶活(FPA),对其纤维素酶活力及相关性质进行测定,最终获得6株降解活性较强的菌种,其酸性纤维素酶活较强,最优产酶时间为6天。采取非等温同时糖化发酵法(NSSF)和同步糖化发酵法(SSF)进行乙醇发酵,发现NSSF的乙醇产率大于SSF,乙醇产率达0.126g/gDS。 为了提高微生物降解秸秆的产糖率及利用秸秆降解物发酵乙醇的产率,进一步研究了现阶段研究较少的多种微生物混合培养降解糖化秸秆,比较酶活力,同样采用NSSF和SSF进行乙醇发酵,发现黑曲霉和康宁木霉混合培养降解秸秆时的纤维素酶活力较高,NSSF发酵乙醇产率可达到0.139g/gDS。 最后对菌种筛选过程中发现的一株能利用纤维素高产红色素的菌种进行初步鉴定,可以作为秸秆利用的一个方向。 【关键词】：秸秆 降解 筛选 乙醇 色素
【学位授予单位】：西北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TQ223.122
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第一章 绪论9-17
• 1 木质纤维素简介10-13
• 1.1 纤维素(cellulose)11-12
• 1.2 半纤维素(hemi-cellulose)12
• 1.3 木质素(lignin)12-13
• 2 秸秆制乙醇技术13-14
• 2.1 分步水解糖化发酵法14
• 2.2 同步糖化发酵法14
• 2.3 同步糖化共发酵法14
• 2.4 直接微生物转化法14
• 3 秸秆微生物处理14-16
• 参考文献16-17
• 第二章 秸秆预处理条件的研究17-36
• 1 实验材料及方法17-23
• 1.1 主要设备及仪器17-18
• 1.2 葡萄糖标准曲线的绘制18-20
• 1.2.1 实验试剂18-19
• 1.2.2 操作步骤19-20
• 1.3 酶活力测定20-22
• 1.3.1 实验试剂20-21
• 1.3.2 羧甲基纤维素酶活力的测定(CMCA-DNS)21
• 1.3.3 滤纸酶活力的测定(FPA)21-22
• 1.4 乙醇的检测22-23
• 2 秸秆预处理条件的研究23-33
• 2.1 预处理方法23-27
• 2.1.1 物理方法23-24
• 2.1.2 化学方法24-26
• 2.1.3 物理-化学方法26-27
• 2.1.4 生物方法27
• 2.2 实验内容27-29
• 2.2.1 设计流程27-28
• 2.2.2 秸秆预处理条件的优化28
• 2.2.3 预处理后糖液的测定28
• 2.2.4 预处理前后秸秆结构变化28-29
• 2.3 实验结果及分析29-33
• 2.3.1 预处理条件的确定29-31
• 2.3.2 主要糖分分析31-32
• 2.3.3 秸秆结构分析32-33
• 3 本章小结33-34
• 参考文献34-36
• 第三章 纤维素酶处理秸秆及其后续乙醇发酵研究36-44
• 1 纤维素酶系简介36-39
• 1.1 纤维素酶系的组成和分布36-37
• 1.2 纤维素酶分子的结构、功能及分类37-39
• 1.2.1 纤维素酶分子的结构37-38
• 1.2.2 纤维素酶的分类38
• 1.2.3 纤维素的酶降解机制38-39
• 2 材料和方法39
• 2.1 材料39
• 2.2 实验方法39
• 2.2.1 秸秆的纤维素酶处理39
• 2.2.2 乙醇发酵正交实验设计39
• 3 结果及讨论39-42
• 3.1 纤维素酶处理时间的确定39-40
• 3.2 正交实验结果40-42
• 4 本章小结42
• 参考文献42-44
• 第四章 秸秆降解菌株筛选及其发酵生产乙醇的研究44-58
• 1 材料及设备44-45
• 1.1 样品来源45
• 1.2 培养基45
• 2 实验方法45-47
• 2.1 降解纤维素菌的初筛45-46
• 2.1.1 菌种样品处理45
• 2.1.2 富集培养及分离纯化45-46
• 2.2 降解纤维素菌株的复筛46
• 2.2.1 刚果红培养基复筛46
• 2.2.2 滤纸条培养基复筛46
• 2.3 酶活检测46
• 2.3.1 菌种产生纤维素酶性质的确定46
• 2.3.2 菌种酶活比较46
• 2.4 NSSF和SSF发酵乙醇46-47
• 2.4.1 NSSF46-47
• 2.4.2 SSF47
• 3 结论与讨论47-52
• 3.1 初筛结果47
• 3.2 复筛结果47-48
• 3.3 菌种胞内和胞外CMCA的比较48-49
• 3.4 酶活的数据49-51
• 3.5 两种方式乙醇发酵51-52
• 4 单菌和混合菌降解秸秆及其发酵生产乙醇的研究52-56
• 4.1 材料52
• 4.1.1 菌种52
• 4.1.2 培养基52
• 4.2 实验方法52-53
• 4.2.1 秸秆降解52-53
• 4.2.2 乙醇发酵53
• 4.2.3 酶活检测53
• 4.3 结果与讨论53-56
• 4.3.1 秸秆降解微生物的选择53-55
• 4.3.2 发酵生产乙醇55-56
• 5 本章小结56-57
• 参考文献57-58
• 第五章 高产紫红色素菌种的鉴定58-70
• 1 材料和方法58-63
• 1.1 实验材料58
• 1.2 菌种生理生化鉴定58-62
• 1.2.1 菌落形态及个体特征59
• 1.2.2 生理生化特性测定59-62
• 1.3 色素分离纯化及性质实验62-63
• 1.3.1 色素分离纯化62-63
• 1.3.2 色素收集及性质研究63
• 2 结果与分析63-68
• 2.1 菌种鉴定63-65
• 2.1.1 菌株的形态观察63-64
• 2.1.2 生理生化特征64-65
• 2.2 色素分离纯化及性质分析65-68
• 2.2.1 色素分离纯化65-67
• 2.2.2 色素性质实验67-68
• 3 本章小结68-69
• 参考文献69-70
• 第六章 结论与展望70-73
• 1 总结70
• 2 创新点70-71
• 3 实验中的不足及后续研究方向71
• 4 展望71-73
• 致谢73

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