整合木质纤维素生物质的糖化水解及丙酮丁醇产生菌代谢丁醇研究
发布时间：2021-11-27 07:44
秸秆是农业生产活动中产生的一种固体废弃物,一般采用露天焚烧处理。然而,秸秆焚烧会破坏土壤结构,导致农田质量下降。因此推进固体废弃物处理的研究可以使木质纤维素生物质生成水解液,通过微生物的利用将其转换为高附加值的产品,如生物丁醇。而在水解液转换为生物丁醇的发酵过程中,菌株性能是重要的因素,菌株对水解液中五碳糖和六碳糖摄取能力低的特点阻碍了生物丁醇发酵工业的发展。本论文对木质纤维素生物质的预处理过程及酶解过程进行了优化,并通过重离子束诱变筛选高品质的丙酮丁醇梭菌,而后对突变株代谢水解液中五碳糖与六碳糖的能力进行了研究。论文取得主要成果如下:第一部分:木质纤维素秸秆具有顽固的自然结构,不利于糖的释放。因此为了增加木质纤维素秸秆的利用率,对其进行有效的预处理是必要的。本研究采用响应面法对酸处理及碱处理木质纤维素生物质的工艺进行了优化。结果表明:酸处理的最佳工艺是:氢离子浓度3.7%,颗粒尺寸50目,预处理时间1.3 h,预处理温度53℃,在此条件下固体损失率为42.14%;碱处理的最佳工艺是:OH-离子浓度5%,颗粒尺寸80目,预处理时间1.2 h,预处理温度53℃,在此条件下固体损失率为51...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所)甘肃省
【文章页数】：122 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
木质纤维素结构示意图
图 2.1 预处理前后电镜扫描图Figure 2.1 The picture with Electron microscopy before and after pretreatment采用 BJH / DH 方法测定不同浓度酸和碱预处理后木质纤维素秸秆表面孔径。酸和碱的浓度对木质纤维素秸秆结构的影响如图 2.1 所示，图中 A、B、C分别为 10-20 目、50 目、100 目预处理前的木质纤维素秸秆，而 D、E、F 分别是 10-20 目、50 目、100 目预处理后的木质纤维素秸秆。如图所示，无论是预处理后还是预处理前，木质纤维素表面的孔径随目数的增加而增加，结构变得疏松，并且结构的疏松程度随着机械切割强度的增加而增加 (图 2.1)。不同浓度的酸碱处理对木质纤维素秸秆孔径的影响见表 2.2，如表所示在预处理前，10-20 目的木质纤维素秸秆表面孔径仅为 3.20 0.03 nm，而 50 目和 100 目的孔径分别为 7.19 0.01 nm 和 9.50 0.05 nm。如图 2.1 所示，预处理后，100 目的木质纤维素秸秆表面的孔洞多于 10-2
整合木质纤维素生物质的糖化水解及丙酮丁醇产生菌代谢丁醇研究，不同浓度的酸碱处理对木质纤维原料固体损失的影响，其中 A、B、C、别代表 25、50、75、100 ℃的箱型图。如图 2.2 所示，固体损失率与化学催化剂浓度呈正相关。就温度而言，随度的升高，固体损失率也急剧下降，但过高的温度会导致发酵抑制剂和其他成分的降解，当预处理温度超过 50 ℃ 时，就会导致纤维素和半纤维素损量。当预处理温度达到 100 ℃ 时，在 8% 碱处理后，仅有少量的木质纤维秆残留。木质纤维素秸秆的过度溶解可能是由于，孔洞直径的增大，有利于碱溶液的进入，使有效成分分解。
【参考文献】：
期刊论文
[1]响应面法优化槐米牡丹花酸羊奶发酵工艺及其抗氧化性研究[J]. 熊笑苇,杨同香,吴孔阳,张海萍,高跃,李希琳,康怀彬. 黑龙江畜牧兽医. 2018(13)
[2]响应面法优化桤叶唐棣果酒发酵工艺的研究[J]. 曹丽娟,张卓睿,王傍,薛艳丽,毛迪锐,孟庆繁,姜贵全. 中国酿造. 2018(06)
[3]基于Logistic回归建模和马尔可夫链蒙特卡罗方法计算后验描述丁酸梭菌株对于给定辐照剂量区的应答趋势[J]. 周翔,姜婷婷,徐丹,杨榛,梁剑平,王亮. 原子核物理评论. 2016(04)
[4]丁醇产生菌育种研究进展[J]. 林俊涵,邱东凤,林晨. 中国生物工程杂志. 2014(12)
[5]水洗脱毒酸性蒸汽爆破玉米秸秆制备乙醇(英文)[J]. 储秋露,杨德良,黄阳,余世袁,勇强. 林产化学与工业. 2013(06)
[6]对新一代生物燃料丁醇的概述[J]. 韩伟,张全,佟明友,关浩,姚秀清. 安徽农业科学. 2013(11)
[7]生物丁醇的性能优势及技术进展[J]. 黄格省,李振宇,张兰波,李顶杰,任静. 石化技术与应用. 2012(03)
[8]木薯发酵丙酮丁醇工艺优化与放大[J]. 沈兆兵,刘钺,杜风光,陈波,张宏武,董青山,李荣秀. 现代化工. 2011(10)
[9]生物丁醇制造技术现状和展望[J]. 顾阳,蒋宇,吴辉,刘旭东,李治林,李键,肖晗,沈兆兵,赵静波,杨蕴刘,姜卫红,杨晟. 生物工程学报. 2010(07)
[10]木质纤维素稀水解液脱毒研究进展[J]. 庄军平,林鹿,庞春生,刘颖,孙勇. 现代化工. 2009(02)
博士论文
[1]基于碱的木质纤维素预处理和酶解及相关机理研究[D]. 吕晓静.暨南大学 2018
硕士论文
[1]丙酮丁醇连续发酵工艺优化与设备改造[D]. 黄玉涛.浙江大学 2016
[2]丙酮丁醇高产菌株选育及发酵工艺研究[D]. 万冬梅.山东大学 2014
[3]汽爆玉米秸秆发酵制取生物丁醇的试验研究[D]. 申利英.郑州大学 2012
本文编号：3521842
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所)甘肃省
【文章页数】：122 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
木质纤维素结构示意图
图 2.1 预处理前后电镜扫描图Figure 2.1 The picture with Electron microscopy before and after pretreatment采用 BJH / DH 方法测定不同浓度酸和碱预处理后木质纤维素秸秆表面孔径。酸和碱的浓度对木质纤维素秸秆结构的影响如图 2.1 所示，图中 A、B、C分别为 10-20 目、50 目、100 目预处理前的木质纤维素秸秆，而 D、E、F 分别是 10-20 目、50 目、100 目预处理后的木质纤维素秸秆。如图所示，无论是预处理后还是预处理前，木质纤维素表面的孔径随目数的增加而增加，结构变得疏松，并且结构的疏松程度随着机械切割强度的增加而增加 (图 2.1)。不同浓度的酸碱处理对木质纤维素秸秆孔径的影响见表 2.2，如表所示在预处理前，10-20 目的木质纤维素秸秆表面孔径仅为 3.20 0.03 nm，而 50 目和 100 目的孔径分别为 7.19 0.01 nm 和 9.50 0.05 nm。如图 2.1 所示，预处理后，100 目的木质纤维素秸秆表面的孔洞多于 10-2
整合木质纤维素生物质的糖化水解及丙酮丁醇产生菌代谢丁醇研究，不同浓度的酸碱处理对木质纤维原料固体损失的影响，其中 A、B、C、别代表 25、50、75、100 ℃的箱型图。如图 2.2 所示，固体损失率与化学催化剂浓度呈正相关。就温度而言，随度的升高，固体损失率也急剧下降，但过高的温度会导致发酵抑制剂和其他成分的降解，当预处理温度超过 50 ℃ 时，就会导致纤维素和半纤维素损量。当预处理温度达到 100 ℃ 时，在 8% 碱处理后，仅有少量的木质纤维秆残留。木质纤维素秸秆的过度溶解可能是由于，孔洞直径的增大，有利于碱溶液的进入，使有效成分分解。
【参考文献】：
期刊论文
[1]响应面法优化槐米牡丹花酸羊奶发酵工艺及其抗氧化性研究[J]. 熊笑苇,杨同香,吴孔阳,张海萍,高跃,李希琳,康怀彬. 黑龙江畜牧兽医. 2018(13)
[2]响应面法优化桤叶唐棣果酒发酵工艺的研究[J]. 曹丽娟,张卓睿,王傍,薛艳丽,毛迪锐,孟庆繁,姜贵全. 中国酿造. 2018(06)
[3]基于Logistic回归建模和马尔可夫链蒙特卡罗方法计算后验描述丁酸梭菌株对于给定辐照剂量区的应答趋势[J]. 周翔,姜婷婷,徐丹,杨榛,梁剑平,王亮. 原子核物理评论. 2016(04)
[4]丁醇产生菌育种研究进展[J]. 林俊涵,邱东凤,林晨. 中国生物工程杂志. 2014(12)
[5]水洗脱毒酸性蒸汽爆破玉米秸秆制备乙醇(英文)[J]. 储秋露,杨德良,黄阳,余世袁,勇强. 林产化学与工业. 2013(06)
[6]对新一代生物燃料丁醇的概述[J]. 韩伟,张全,佟明友,关浩,姚秀清. 安徽农业科学. 2013(11)
[7]生物丁醇的性能优势及技术进展[J]. 黄格省,李振宇,张兰波,李顶杰,任静. 石化技术与应用. 2012(03)
[8]木薯发酵丙酮丁醇工艺优化与放大[J]. 沈兆兵,刘钺,杜风光,陈波,张宏武,董青山,李荣秀. 现代化工. 2011(10)
[9]生物丁醇制造技术现状和展望[J]. 顾阳,蒋宇,吴辉,刘旭东,李治林,李键,肖晗,沈兆兵,赵静波,杨蕴刘,姜卫红,杨晟. 生物工程学报. 2010(07)
[10]木质纤维素稀水解液脱毒研究进展[J]. 庄军平,林鹿,庞春生,刘颖,孙勇. 现代化工. 2009(02)
博士论文
[1]基于碱的木质纤维素预处理和酶解及相关机理研究[D]. 吕晓静.暨南大学 2018
硕士论文
[1]丙酮丁醇连续发酵工艺优化与设备改造[D]. 黄玉涛.浙江大学 2016
[2]丙酮丁醇高产菌株选育及发酵工艺研究[D]. 万冬梅.山东大学 2014
[3]汽爆玉米秸秆发酵制取生物丁醇的试验研究[D]. 申利英.郑州大学 2012
本文编号：3521842
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