甜高粱碱—酸预处理产醇及副产品综合利用的研究

发布时间：2020-10-21 10:35

　　 能源危机和温室气体排放,使生物能源研发成为热点,其中生物乙醇是理想的液体燃料。甜高粱是优质的能源作物,其茎秆含糖量大,秸秆生物质产量高,可用于木质纤维乙醇的生产。木质纤维乙醇生产包括三个主要步骤:理化预处理、酶解产糖和乙醇发酵。本研究以2种自然品系(NS19、NS143),1种野生型(Wild Type,WT)及其突变体11M-77为实验材料,利用相对温和的预处理和半同步糖化发酵(Semi-saccharification and simultaneous fermentation,SSSF)的方法,制取纤维乙醇。同时,有效生产多个副产物用于工农业生产。主要结果如下:1.四种材料(NS19、NS143、11M-77、WT)鲜重产量为27.66-108.9 t/ha、干重产量为6.16-20.30 t/ha,木质纤维素产量高。2.四种材料的汁液可溶性糖含量占干重的11.61%-23.02%,纤维素含量占28.64%-31.75%,半纤维素含量为22.24%-30.59%,木质素含量占13.15%-14.83%。3.通过2%KOH和1%H_2SO_4两步法预处理,四种甜高粱材料的酶解产糖效率达80.90%-91.71%,秆渣乙醇产率达到17.63%-20.04%(%干重),秆渣和汁液总乙醇产率21.96%-27.22%,每公顷乙醇产量达到1.51-5.53吨,四种材料的糖醇转化率分别为48.01%、45.47%、44.30%和48.94%,为理论值的94.14%、89.16%、86.86%和95.96%。4.2%KOH能分别提取23.78%-37.02%的半纤维素和34.17%-65.91%的木质素;进一步可以通过醇析和酸析回收,碱溶半纤维素的回收率为半纤维素总量的16.41%-17.70%,碱溶木质素的回收率为木质素总量的16.21%-20.77%,析出半纤维素纯度为67.59%-77.54%,析出木质素纯度为83.09%-88.71%。5.发酵残液含有19.05%-24.39%的戊糖,可用作木糖醇的原料;用6 mol/L HCl析出2%KOH预处理中木质素后,同时生产KCl肥料,而发酵液中K_2SO_4可加工为液体或固体K_2SO_4肥料。6.四种材料的发酵残渣得率为11.54%-16.20%(%干重),其中纤维素含量为21.63%-26.05%,半纤维素占10.70%-18.68%,木质素含量为31.54%-43.45%,故发酵残渣以木质素为主。总之,此研究可以使甜高粱秆渣纤维素高效降解产糖,同时利用了秆渣残糖,从而最大化提高乙醇产率,此外还可生产多种副产品,增加甜高粱的附加值,减少废物排放。
【学位单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S216.2
【部分图文】：

图 1.1 世界部分国家燃料乙醇生产趋势（米多 2017）Fig. 1.1 Ethanol production trends of some countries2. 我国生物质能的开发现状我国燃料乙醇的发展起步于淀粉类粮食作物。2002 年来，国家批准了河南天冠燃料乙醇公司、安徽丰原生化公司、吉林燃料乙醇公司、黑龙江华润酒精公司四家淀粉类燃料乙醇公司，但在 2006 年年底，国家就紧急叫停了粮食燃料乙醇的审批，

图 1.2 植物细胞壁结构示意图（Rytioja et al 2014）Fig. 1.2 The general view of plant cell wall.1 纤维素纤维素是植物细胞壁中含量最丰富的成分，能提供给植物组织机械强度和，此外，细胞壁还与植物细胞的物质运输和信号传导等生理功能有关，是壁的基本骨架（Peng et al 2002; Dhugga 2005）。纤维素是由葡萄糖通过β键聚而合成的，具体形式为：葡萄糖通过β-1,4-糖苷键连接形成葡聚糖链，聚糖链聚合形成纤维素微纤丝，这些微纤丝是纤维素的基本组成单元。纤构示意图如下：

图 1.2 植物细胞壁结构示意图（Rytioja et al 2014）Fig. 1.2 The general view of plant cell wall 纤维素纤维素是植物细胞壁中含量最丰富的成分，能提供给植物组织机械强度，此外，细胞壁还与植物细胞的物质运输和信号传导等生理功能有关，壁的基本骨架（Peng et al 2002; Dhugga 2005）。纤维素是由葡萄糖通过键聚而合成的，具体形式为：葡萄糖通过β-1,4-糖苷键连接形成葡聚糖链聚糖链聚合形成纤维素微纤丝，这些微纤丝是纤维素的基本组成单元。构示意图如下：
【参考文献】

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本文编号：2850013