玉米芯无机酸预处理及同步糖化发酵制乙醇研究

发布时间：2020-06-25 03:03

【摘要】：石油、煤炭等传统能源日益枯竭，且对环境造成严重的污染。利用丰富而廉价的木质纤维素资源生产生物乙醇能够缓解人类所面临的能源与环境危机，对我国经济和社会的可持续发展具有十分重大的意义。本文对玉米芯转化为生物乙醇过程中的预处理以及同步糖化发酵等问题进行了研究。 研究了120C条件下玉米芯在HNO_3，HCl和HNO_3/HCl (1:1)溶液中的水解情况。结果表明，在相同条件下，HCl催化水解玉米芯生产木糖的能力大于HNO_3，但HNO_3催化能产生较少的糠醛，并且对木质素的去除作用要强于HCl。综合考虑木糖产率、抑制剂的浓度、木质素的去除率和试剂的价格等因素，发现HNO_3/HCl最适合用来处理玉米芯。对预处理前后的玉米芯在150g/L底物浓度条件下进行同步糖化发酵。结果表明，未经过预处理的玉米芯经发酵后乙醇的产率为48.8%，预处理后，乙醇产率增加到61.9%，相应的发酵液中乙醇的浓度由15.8g/L增加到38.1g/L，增加了大约1.4倍。 研究了HNO_3/HCl在不同配比(3:1，2:1，1:1，1:2和1:3)下协同催化玉米芯水解的情况。结果表明，两种酸的比例为1:1(HNO_3和HCl的重量比)时，催化效果最好。在此基础上，利用正交实验设计对水解条件进行了优化，考察了反应温度(90C，120C，150C)，反应时间(30min，60min，80min)和固含量(5%，10%，15%)对玉米芯水解效果的影响。得出最佳的反应条件为：反应温度120C，反应时间30min，固含量15%，在该条件下，液相中木糖的产率为81.1%，相应的木糖浓度为55.7g/L；固相中纤维素含量增加到63.4%，比原料中纤维素的含量提高了25.3%。 将经过预处理的玉米芯作为同步糖化发酵的底物，考察了底物浓度、发酵温度、起始pH、酶添加量、接种量对同步糖化发酵的影响。结果表明，同步糖化发酵合适的底物浓度为150g/L，在37C，pH5.0，纤维素酶用量为30FPU/g底物，酵母接种量为10%(w/v)，发酵周期为72h的条件下，乙醇的产率可达到76.8%，所得乙醇溶液的浓度为41.4g/L。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：S216.2;X38
【图文】：

植物细胞壁构成示意图

图 1-3 纤维素分子结构式Fig. 1-3 Structure of cellulose由图1-3可以看出，纤维素大分子一端为非还原性端基，一端为还原性端基，开环形成醛基，整个大分子具有极性并具有方向性。纤维素大分子之间，纤维素和水分子之间以及纤维素大分子内部都可以形成氢键。在这些氢键的作用下，纤维素的分子长链能形成纤维素束。纤维素是由结晶区和无定形区组成的结构。根据研究，结晶区的分子排列比较整齐、有规则，分子间通过大量氢键连接在一起，这就使得纤维素的性质非常稳定，只有在比较剧烈的反应条件下才能发生水解反应，且反应速率较慢。无定形区的分子排列不整齐、较松弛、分子间氢键结合数量少，水解反应的条件比较温和且反应速率较快。因此

【参考文献】

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1 张晓燕;赵广杰;;蒸汽爆破预处理桉木的形态结构与主化学成分变化[J];北京林业大学学报;2008年03期

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本文编号：2728765