不同预处理工艺对稻壳纤维素酶酶解效果的影响

发布时间：2020-11-14 10:56

　　 本文对纤维素酶酶解稻壳的预处理工艺进行了研究,广泛研究了温和条件下多种化学预处理方法,物理预处理方法,白腐菌的生物预处理方法以及多因子联合预处理方法对稻壳的纤维素酶酶解的效果的影响,结果如下: 1.选用了稀酸,稀NaOH,Ca(OH)_2,氨水,H_2O_2等几个化学试剂在常温常压下对稻壳进行了酶解前的预处理,并对这几种试剂的预处理条件进行了优化。结果表明,这几种处理均能提高稻壳的酶解效率,其预处理的效果次序为NaOH＞稀硫酸＞稀盐酸＞Ca(OH)_2＞氨水＞H_2O_2,最好的效果为稀NaOH,1.5%NaOH处理6h后,稻壳的酶解总糖得率可达29.6%。的虽然稀酸的预处理效果也较好,但其会带来大量的半纤维素组分损失。还进行了H_2O_2/NaOH联合碱氧化处理和酸碱联合处理(氨水/H_2SO_4)两种多化学因子的联合处理实验。结果表明,这种多因子的联合处理效果明显好于单因子处理。其中碱氧化预处理效果最好,在1.5%的NaOH与0.6%的H_2O_2碱氧化溶液配比,固液比为1/10,在30℃处理48h,处理后酶解总糖得率可达45.5%。并且进行了碱氧化处理的处理液循环利用实验,结果表明,经过3次滤液回用,可以节省大约28%的NaOH的用量。 2.进行了超声波和微波两种物理方法对稻壳的酶解前预处理实验,结果表明,超声波和微波在不改变稻壳组分含量的情况下,能提高稻壳的酶解效率。其中微波的处理效率要高于超声波处理。700W的超声功率时,处理30min,处理后酶解可以获得28.3%的总糖得率。还进行了超声波和微波分别结合稀酸和稀碱的物理与化学因子联合预处理实验。从处理后酶解得糖率分析,这几种预处理的效果依次为微波稀酸＞微波稀碱＞超声波稀碱＞超声波稀酸＞微波处理＞超声波处理。虽然微波稀酸处理后稻壳酶解总糖得率略高于微波稀碱处理,但由于其会降解较多的纤维素和半纤维素,因而总体比较,微波稀碱处理效果要好于微波稀酸处理。1%的NaOH结合700W功率的微波处理20min,处理后稻壳的酶解得糖率为38.7%。 3.选取了糙皮侧耳AM-035和草菇AM-066两株白腐菌对进行稻壳的酶解预处理实验,结合处理过程中稻壳组分的变化,菌的木质素降解酶类的产酶情况和处理后稻壳的酶解情况,对预处理条件进行了优化。结果表明两株菌均能有效的提高稻壳的酶解效果,糙皮侧耳的处理效果要好于草菇。用糙皮侧耳处理30d,稻壳酶解得糖率可以达到29.8%,但也会引起20%的纤维素组分和52%的半纤维素组分的损失。处理周期过长和纤维素和半纤维素组分的损失是制约白腐菌预处理进行广泛应用的主要瓶颈。还进行了双菌株联合处理实验,结果表明,这两株菌的联合处理效果要低于二者单独进行处理时的效果。 4.选取了H_2O_2和超声波两种方法分别与糙皮侧耳进行了两步的联合预处理实验。这种联合预处理工艺可以有效地缩短糙皮侧耳的预处理时间,进而也可以减少稻壳纤维素与半纤维素组分的损失。常温常压下,2%的H_2O_2处理稻壳48h,再进行18d的糙皮侧耳处理,处理后酶解总糖得率可达39.8%,高于糙皮侧耳单独处理60d后稻壳的酶解得糖率(36.7%),纤维素与半纤维素的损失却比后者低(纤维素的降解率分别为15.7%和28.1%,半纤维素的降解率分别为44.2%和77.3%)。对联合处理过程中菌的木质素降解酶的产酶情况进行了考察,并对稻壳的结构变化进行了SEM观察。结果表明,联合处理对白腐菌的处理效果的提高的主要原因是第一步处理时对稻壳的结构产生的破坏,提高了木质素降解酶类对木质素的可及度,进而提高了木质素的降解效果。
【学位单位】：华中农业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2008
【中图分类】：S216.2
【部分图文】：

维素是世界上最为丰富，最廉价的可再生资源，在地球近2000亿吨植物生物量中占多数的是植物纤维素，其中据国家农业部提供的数据，中国农业废弃纤维素类资源吨用于薪柴燃料的消耗，其余均被焚烧;而林业部提供弃物资源量8亿吨，其中工业消耗5亿吨，有3亿吨函4吨木质纤维原料出产1吨乙醇的技术水平，这些原料醇。如果利用木质纤维原料生产燃料乙醇技术获得突破则对突破我国资源瓶颈将起到至关重要的作用。因此，用工艺的研究和开发，对于实现经济可持续性发展和意义(朱圣东等，2003;潘亚杰等，2005;庄新妹，2005)。纤维素的主要组分和结构

图1一木质纤维原料预处理目的示意图(Mosler，2005)Fig.1·3SehematieofgoalsofPretreatmentonIignoeellulosiematerial预处理技术的主要目的是全部或部分的降解木质素，打破由木质素和半纤维构成的网状包埋结构，使纤维素与木质素，半纤维素等分离开，同时纤维素内氢键打开，使之成为无定形纤维素，降低纤维素的结晶度，提高基质的孔隙率，而提高降解微生物或酶类对纤维素和半纤维素的可及度。此外，还进一步部分断纤维素和半纤维素的糖营键，降低其聚合度，提高降解效率。预处理技术必满足以下几个条件。①提高水解酶的结合率;②避免碳水化合物的降解和损失;避免产生对发酵和水解过程有抑制作用的副产物;④避免产生对环境有害的副物;⑤性价比要好，尽可能的使用低能耗的技术手段，以降低工艺成本。目前，处理技术主要包括物理法，化学法，生物法，以及物理一化学法等一些综合处方法(朱跃钊等，2004;李盛贤等，2005;Mooneyeraz.，1998;Lynde;az.，1996:

2.1稀盐酸预处理浓度对稻壳组分得率的影响(C:纤维素;HC:半纤维素;L木质素下同)Fig.2一1EffeetsofdifferentPretreatmenteoncentrationstodiluteHCLPretreatmentofricehull(C:eellulose;HC:hemicellulose;L:lignin)OnUL工nO曰01﹄日︶001︸工a︵(j庄乙工工n自QqO曰9︼11︵%︶顿很铃驻佘洲陈目0.50%1.00%1.50%2.00%2.50%3.00%3.50%酸浓度(%)
【参考文献】

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本文编号：2883390