發(fā)布時(shí)間：2021-08-21 11:48

　　玉米秸稈具有產(chǎn)量大、成本低、可再生的特點(diǎn),是纖維乙醇生產(chǎn)的潛在重要原料。但是,玉米秸稈頑固的細(xì)胞結(jié)構(gòu)阻礙了纖維素酶的水解糖化效率。本文采用芳香族磺酸對(duì)甲苯磺酸（p-TsOH）和有機(jī)溶劑乙醇對(duì)玉米秸稈進(jìn)行預(yù)處理,破壞細(xì)胞壁的致密結(jié)構(gòu),去除木質(zhì)素和半纖維素,改善纖維素酶的水解糖化效率,并對(duì)兩種預(yù)處理方法進(jìn)行對(duì)比研究。p-TsOH預(yù)處理后的水解液可重復(fù)利用,經(jīng)多次循環(huán)利用后,更多的半纖維素水解物（木糖和葡萄糖）被釋放出來,在p-TsOH的催化作用下,通過簡單的加熱處理它們被轉(zhuǎn)化為高價(jià)值的乙酰丙酸平臺(tái)化合物�；跉埩裟举|(zhì)素對(duì)纖維素酶無效吸附機(jī)理的研究,采用聚乙二醇類化合物對(duì)纖維素酶進(jìn)行化學(xué)修飾,減少了殘留木質(zhì)素對(duì)纖維素酶的無效吸附,提高了纖維素酶的水解效率。主要結(jié)論如下:玉米秸稈經(jīng)p-TsOH和乙醇預(yù)處理后,木質(zhì)素含量明顯降低。在100 oC相對(duì)較低的溫度下進(jìn)行p-TsOH預(yù)處理后,約83.4%的木質(zhì)素被去除。而乙醇預(yù)處理在220oC下的木質(zhì)素脫除率為67%。在纖維素酶用量15 FPU/g-纖維素、底物濃度為5%的條件下,水解96 h后,p-TsOH預(yù)處理的玉米秸稈的葡萄糖得率為97.6%,高... 

【文章來源】：青島科技大學(xué)山東省

【文章頁數(shù)】：95 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

β-D-吡喃式葡萄糖的椅式結(jié)構(gòu)

有機(jī)溶劑預(yù)處理玉米秸稈制備可發(fā)酵糖并聯(lián)產(chǎn)乙酰丙酸研究2同時(shí)又是一種重要的膳食纖維，因此人們研究多種方法提高纖維素的利用率。纖維素簡單分子式為(C6H10O5)n，聚合度大約在500-10000之間[5]，分子式結(jié)構(gòu)如圖1-2所示。圖1-1β-D-吡喃式葡萄糖的椅式結(jié)構(gòu)Fig.1-1Chairstructureofβ-D-glucopyranose.圖1-2纖維素大分子Fig.1-2Conformationofcellulose.1.2.2.2半纖維素植物細(xì)胞壁中的纖維素和木質(zhì)素是由聚糖混合物緊密地相互貫穿在一起的，此聚糖混合物被稱為半纖維素(圖1-3)。半纖維素最主要的成分是木聚糖，可用來合成低聚木糖(XOS)。XOS是一種獨(dú)特的益生元化合物，由β-(1,4)鍵的2-7個(gè)木糖分子構(gòu)成。XOS可改善免疫系統(tǒng)，促進(jìn)鈣吸收，降低癌癥風(fēng)險(xiǎn)[6]。此外，半纖維素可用于增加工業(yè)應(yīng)用，包括水凝膠、熱塑性塑料和生產(chǎn)一些平臺(tái)化合物，是生物質(zhì)精煉的重要原料[7]。半纖維素經(jīng)酸水解后，容易碎裂成多種單糖，其中有五碳糖(木糖、阿拉伯糖)和六碳糖(甘露糖、葡萄糖、半乳糖等)。圖1-3半纖維素結(jié)構(gòu)式Fig.1-3Structuralformulaofhemicellulose.

青島科技大學(xué)研究生學(xué)位論文31.2.2.3木質(zhì)素木質(zhì)素是由苯丙烷結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的天然芳香族高分子化合物，是木質(zhì)纖維中最復(fù)雜的成分。大致有如下三種：(a)愈瘡木酚基丙烷；(b)紫丁香基丙烷；(c)對(duì)-羥基苯基丙烷單元。木質(zhì)素是地球上最重要的芳香族化合物，相當(dāng)于天然的有機(jī)寶庫。近年來，人們對(duì)木質(zhì)素的應(yīng)用有濃厚的興趣，除用作燃料來提供能量外，還可以用于功能性表面涂料、納米膠和藥物輸送等[8]。(a)(b)(c)圖1-4木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)單元Fig.1-4Thestructuralunitoflignin.1.2.3玉米秸稈玉米秸稈是木質(zhì)纖維的重要來源。我國農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)，玉米產(chǎn)量豐富，分布廣泛，伴生了大量的玉米秸稈，但這些玉米秸稈并未得到有效的利用，較好的用途有沼氣發(fā)酵和養(yǎng)殖飼料，但很大部分被用于焚燒和填埋，這不僅造成了資源的浪費(fèi)，還造成了環(huán)境的污染，不利于環(huán)保[9]。將玉米秸稈中的纖維素充分利用符合綠色環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的理念。玉米秸稈中含有20%左右的半纖維素，其中約18%存在于復(fù)合中間薄片中，19%存在于S1層中，63%存在于次生壁的S2和S3層中[10,11]。利用玉米秸稈制取纖維乙醇和乙酰丙酸，其本質(zhì)是將玉米秸稈中的纖維素和半纖維素通過酶解反應(yīng)和催化反應(yīng)生成可發(fā)酵糖和乙酰丙酸。因此，需要對(duì)玉米秸稈進(jìn)行預(yù)處理，將玉米秸稈中的木質(zhì)纖維的結(jié)構(gòu)破壞，為后續(xù)利用玉米秸稈產(chǎn)生糖類化合物并進(jìn)一步生產(chǎn)平臺(tái)化合物做準(zhǔn)備。通過預(yù)處理將木質(zhì)素分離去除后就可以利用余下的產(chǎn)物制取可發(fā)酵糖和乙酰丙酸。其中，制取可發(fā)酵糖主要用到的是固體中的纖維素，通過酶解反應(yīng)將其分解并轉(zhuǎn)化為葡萄糖和木糖。制取乙酰丙酸用到的是玉米秸稈預(yù)處理之后得到的預(yù)水解液，通過高溫下的酸催化反應(yīng)將其中的糖類物質(zhì)轉(zhuǎn)化為乙酰丙酸[12]。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]木質(zhì)纖維原料同步糖化發(fā)酵制取生物乙醇研究進(jìn)展[J]. 高月淑,許敬亮,袁振宏,張寧,蔣劍春.  生物質(zhì)化學(xué)工程. 2016(03)
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[3]ZSM-5催化葡萄糖清潔轉(zhuǎn)化合成乙酰丙酸[J]. 隋小玉,林鹿.  化學(xué)反應(yīng)工程與工藝. 2010(01)
[4]乙酰丙酸及其衍生物的研究進(jìn)展[J]. 郭清泉,陳煥欽.  精細(xì)石油化工. 2003(03)
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博士論文
[1]工業(yè)纖維多糖原料高效預(yù)處理與利用過程及機(jī)理研究[D]. 吉驪.北京林業(yè)大學(xué) 2019
[2]綠液預(yù)處理工業(yè)纖維渣酶水解過程及其機(jī)理研究[D]. 于海龍.北京林業(yè)大學(xué) 2015
[3]木質(zhì)纖維素預(yù)處理和酶水解回收的過程調(diào)控與強(qiáng)化研究[D]. 杜若愚.天津大學(xué) 2012

碩士論文
[1]超臨界二氧化碳體系下酶解纖維素的研究[D]. 李化肖.青島科技大學(xué) 2019
[2]β-葡萄糖苷酶的化學(xué)修飾及固定化研究[D]. 燕杰善.青島科技大學(xué) 2018
[3]離子液體體系下修飾纖維素酶降解纖維素的研究[D]. 謝娟.青島科技大學(xué) 2012



本文編號(hào)：3355540