發(fā)布時(shí)間：2020-04-05 23:25

【摘要】：生物質(zhì)能源是低碳可再生能源,其開發(fā)利用成為世界研究熱點(diǎn)領(lǐng)域之一。由生物質(zhì)發(fā)酵產(chǎn)生乳酸主要經(jīng)過預(yù)處理、酶解和微生物發(fā)酵三個(gè)步驟。本研究以甘蔗渣為原料,首次用乙醇鈉進(jìn)行預(yù)處理,在最佳發(fā)酵條件下用同步糖化發(fā)酵和分步糖化發(fā)酵法產(chǎn)乳酸;首次探索用明礬對(duì)甘蔗渣的乙醇鈉預(yù)處理水解液進(jìn)行脫毒,獲得明礬脫毒的最佳濃度,并從濁度、抑制物等方面初步探討明礬脫毒的機(jī)理。經(jīng)不同濃度的乙醇鈉溶液預(yù)處理甘蔗渣發(fā)現(xiàn),以總酶解效率為標(biāo)準(zhǔn),乙醇鈉濃度2%處理組為最優(yōu),此時(shí)總酶解效率為83.81%,纖維素和木聚糖含量分別為54.61%和28.67%,與未預(yù)處理相比,酶解效率明顯上升。對(duì)凝結(jié)芽孢桿菌進(jìn)行發(fā)酵條件的單因素和正交優(yōu)化實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),當(dāng)?shù)孜锲咸烟菨舛葹?5g/L、氮源酵母提取物濃度為1.6%、發(fā)酵初始菌種OD_(600)為0.4時(shí),發(fā)酵效果最優(yōu),乳酸最高乳酸得率達(dá)0.96 g/g。以2%乙醇鈉預(yù)處理的甘蔗渣為底物,在最優(yōu)條件下進(jìn)行發(fā)酵實(shí)驗(yàn),分步糖化發(fā)酵中,乳酸最高濃度為10.93 g/L,得率為0.59 g/g,平均生產(chǎn)速率為0.91 g/L/h;同步糖化發(fā)酵中,乳酸最高濃度僅5.89 g/L,得率0.32 g/g,平均生產(chǎn)速率為0.16 g/L/h。用不同濃度的明礬對(duì)預(yù)處理水解液進(jìn)行脫毒,以酶解72 h還原糖濃度為指標(biāo),探究明礬的脫毒效果。0.5%乙醇鈉預(yù)處理液對(duì)酶解過程抑制作用不明顯,隨著乙醇鈉濃度的升高,預(yù)處理液對(duì)酶解的抑制作用增大。當(dāng)乙醇鈉濃度為2%時(shí),加入的明礬濃度為1%時(shí),脫毒效果最佳。此時(shí)水解液中葡萄糖和木糖含量分別為37.31 g/L和18.88 g/L,葡萄糖和木糖濃度比不添加明礬分別提高了71.13%和75.86%;預(yù)處理水解液的表觀變化明顯,渾濁度從212.67下降至38.14;抑制物香草醛、糠醛、對(duì)香豆酸和丁香酸的去除率分別為57.69%、4.35%、18.05%和100%。
【圖文】：

8圖 1-1 木質(zhì)素纖維素材料預(yù)處理過程中抑制物的產(chǎn)生[63]Fig. 1-1 Inhibitors liberation in pretreatment process of lignocellulosic materials目前，鑒定出來(lái)的酚類副產(chǎn)物只有幾十種，主要有對(duì)羥基苯甲酸、香草酸、紫丁香羥基苯甲醛、香草醛、紫丁香醛、對(duì)香豆酸和阿魏酸等酚類化合物，主要來(lái)源于木質(zhì)降解。在乙醇或者乳酸發(fā)酵過程中，酚類抑制物都是抑制作用最強(qiáng)的一類，，其中對(duì)羥甲醛對(duì) B. coagulans 抑制作用最強(qiáng)[64, 65]。由于酚類的分子質(zhì)量較小，可滲透到細(xì)胞膜害細(xì)胞膜，降低細(xì)胞活性，使延遲期變長(zhǎng)，發(fā)酵過程進(jìn)行緩慢[66]。呋喃類抑制物主要包括糠醛和 5-羥甲基糠醛兩大類。醛類可以增加細(xì)胞膜的通透性g2+離子通道特別容易受到損傷。細(xì)胞受到損傷后，Mg2+以主動(dòng)運(yùn)輸?shù)姆绞竭M(jìn)入胞內(nèi)，酵解途徑中的一些酶活性降低[67]。也有研究表明，糠醛的毒性和活性氧的形成有關(guān)，可以促進(jìn)活性氧的形成，故生長(zhǎng)溫度較低的菌株可以耐受較高濃度的糠醛[68]。agulans 表現(xiàn)出對(duì)糠醛具有一定耐受能力。當(dāng)在 B. coagulans 培養(yǎng)基中添加 1 g/L 糠醛

圖 2-1 不同濃度 C2H5ONa 溶液預(yù)處理后甘蔗渣的主要成分ASL：酸可溶性木質(zhì)素；AIL：酸不可溶性木質(zhì)素；Control：未經(jīng)處理的甘蔗渣Fig. 2-1 Chemical components of SCB before and after pretreatments with differentconcentrations of C2H5ONaAIL, acid insoluble lignin; ASL, acid soluble lignin; Control, untreated SCB甘蔗渣經(jīng)過預(yù)處理之后的主要成分含量如圖 2-1 所示。甘蔗渣初始成分含量分別為纖維素 39.50%、木聚糖 23.51%、酸可溶性木質(zhì)素 5.17%和酸不可溶性木質(zhì)素 15.92%。經(jīng)過預(yù)處理，隨著 C2H5ONa 濃度升高，與未經(jīng)預(yù)處理甘蔗渣相比，甘蔗渣中的酸不溶性木質(zhì)素顯著降低，當(dāng)濃度達(dá)到 5%時(shí)，酸不溶性木質(zhì)素僅為 2.68%，總木質(zhì)素含量?jī)H為 7.58%，木質(zhì)素去除率達(dá)到 64.05%。酸可溶性木質(zhì)素的含量在預(yù)處理前后沒有明顯變化。木質(zhì)素的去除使得甘蔗渣中纖維素和木聚糖的含量得到相應(yīng)的提高。當(dāng) C2H5ONa 濃度上升至 2%時(shí)，纖維素含量和木聚糖含量分別為 54.61%和 28.67%，與未經(jīng)預(yù)處理相比，纖維素和木聚糖分別上升了 38.23%和 21.91%。但當(dāng) CHONa 濃度繼續(xù)升高時(shí)，纖維素和木聚糖由 3%時(shí)
【學(xué)位授予單位】：暨南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ921.3

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2615666