玉米秸秆生产燃料乙醇的实验研究

发布时间：2020-02-05 22:38

【摘要】：随着煤、石油等传统化学能源的日渐枯竭,新型可再生生物质能源成为能源领域新的研究热点。利用可再生生物质原料或是废弃生物物质如秸秆等生产燃料乙醇,成为可持续能源发展研究领域的新热点。我国人多、耕地面积少,这就使得燃料乙醇的生产只能走“非粮”路线。我国玉米种植面积居世界第二,在收获玉米的同时会收获数万亿吨的玉米秸秆,但仅有不足10%的得以有效利用,这不仅造成严重的资源浪费,而且还会因为处理不当造成环境问题。因此将玉米秸秆变废为宝,以其作为发酵生产乙醇的原料是改变目前状况的一个好方法。本论文以玉米秸秆为主要发酵原料,进行燃料乙醇的生产,主要内容如下：1.分别以腐殖土、腐烂的秸秆、腐木等样品为菌种采集来源,通过纤维素酶活力的测定(CMC糖化力法)筛选纤维素降解菌株,经过初筛和复筛获得2#、3#、5#、9#、10#菌株的降解活力较强,在第6天降解效果达到最高峰,降解功效与黑曲霉(Aspergillus niger)和绿色木霉(Trichoderma viride)相当。对复筛得到的菌株进行胞内和胞外羧甲基纤维素酶活力(CMCA)酶活检测,结果显示所筛菌株的纤维素酶系都是胞外酶区系,通过对这些菌株产生的酶的酶活的测定,筛选菌株产生的纤维素酶均为酸性酶。经过对菌株的羧甲基纤维素酶活力(CMCA)和滤纸酶活力(FPA)测定,黑曲霉在CMCA活力的优势相对比较明显,最高可达3593U,菌株6#、9#、10#酶活力相对较小,2#、3#、5#菌株的酶活力更小,但是所有菌株的酶活力比绿色木霉高。5#、6#、9#、10#的FPA活力较高,其FPA酶活力均强于黑曲霉,其中5#菌株滤纸酶活力达到760U。2.对于木质素酶的降解菌的筛选,从30份样品中共分离纯化出150个菌株,通过在赫奇逊氏固体培养基培养上观察其变色反应,初筛共获得9株具有降解木质素能力的真菌菌株。经过发酵测定这9株真菌产木质素酶活力的复筛,获得2株产木质素酶活力较高的菌株15-8和16-2。3.在120℃的温度下用浓度为2%的稀硫酸预处理玉米秸秆,处理后保持固体状态的为木质素晶体,秸秆中的半纤维素和纤维素破碎,部分半纤维素水解。去除原料中的木质素后玉米秸秆纤维的利用率由35%升高到46%。复合菌株发酵从45.82%可升高至55.65%。物理、化学和生物方法预处理后,原料结构松散,粗纤维利用率升高至54%。效果优于单应变加工预处理木质纤维素材料,应为单一应变混合形式的交替或共生关系,通过其关系的深化加强复合效应；由于其降解木质素的能力往往也具有降解纤维素的能力,因此生物预处理时间不宜过长。4.以pH值、接种量、温度、摇床转速等因素,进行四因素三水平的正交试验,以乙醇含量为测定指标,混合菌种发酵混合纤维多糖培养基最佳发酵条件为：接种量10%,pH 5.5,摇床转速120r/min,温度30℃,此条件下糖醇转化率为38.4%。通过正交实验表明,在影响发酵的主要四个因素中,其对实验结果影响由大到小为：温度摇床转速pH接种量。
【图文】：

非等温,基本流程,戊糖

重组酿酒酵母菌株或基因的混合发酵。根酸预处理的玉米纤维的总固体含量为２０％。纤维素酶／ｇ纤维素，，使用重组酵母菌株用于同时共发酵，７８．４％和５６．１％的木糖可转化为乙醇。本方法主要问题是使能同时进行，经常在使用戊糖己糖和戊糖开始使用后，，产品的戊糖转化率低。逡逑６）非等温同步发酵逡逑等温同步发醇送一方法是由ＺｈａｎｇＷｅｎ［６９］邋（１９９８）提出维素酶时，５０’Ｃ是反应的最佳温度，而通常控制酵母这一温度区间。该方法尝试采用非等温同步和（同时素，ＮＳＳＦ）来生产乙醇过程。这一方法在酵母发酵与中有着良好的应用，能够使其中的矛盾得到有效的解决示，即为非等温同步发酵的基本流程［６９］。逡逑Ｃｏｕｎｔｅｒ邋Ｃｕｒｒｅｎｔ逡逑

粗酶液,酸性,和中

茵种号逦＊逦＊逡逑图３－２第３天所筛菌粗酶液酸性和中性ＣＭＣＡ巧ＦＰＡ邋＇逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋３－２邋ＣＭＣＡ邋ａｎｄ邋ＦＰＡ邋ｏｆ邋ｃｒｕｄｅ邋ｅｎｚｙｍｅ邋ｐｒｏｄｕｃｅｄ邋ｂｙ邋ｖａｒｉｏｕｓ邋ｂａｃｔｅｒ\鲥澹椋铄澹冲澹洌幔箦义希常担埃板澹危义希常埃埃板澹义希玻倒隆义希椋铄巍巍福慑危绣錡逦＾＾３天逡逑画W 逦目巧逡逑Ｉ邋Ｉ逡逑ｌｉｌＪｌ逡逑Ｗ邋＜邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ逦Ｉ邋１逦＇邋Ｉ邋＇邋Ｉ邋＇邋Ｉ邋？邋Ｉ邋＇逦１逦＇Ｉ邋■邋Ｉ邋■邋Ｉ邋ｋ逡逑１＃邋巧邋３＃邋４＃邋５＃邋６＝邋７？邋ＺＭ邋９＃邋１０邋另邋里邋绿逡逑茵种号逦Ｓ３逡逑图３－３第３、６、９天各种菌的粗酶液的ＣＭＣＡ逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋３－３邋ＣＭＣＡ邋ｏｆ邋ｃｒｕｄｅ邋ｅｎｚｙｍｅ邋ｐｒｏｄｕｃｅｄ邋ｂｙ邋ｖａｒｉｏｕｓ邋ｂａｃｔｅｒｉａ邋ｉｎ邋３，邋６，邋９邋ｄａｙｓ逡逑第２７页（共５５页）逡逑
【学位授予单位】：南阳师范学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ223.122

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