能源危機和溫室氣體排放,使生物能源研發(fā)成為熱點,其中生物乙醇是理想的液體燃料。甜高粱是優(yōu)質(zhì)的能源作物,其莖稈含糖量大,秸稈生物質(zhì)產(chǎn)量高,可用于木質(zhì)纖維乙醇的生產(chǎn)。木質(zhì)纖維乙醇生產(chǎn)包括三個主要步驟:理化預處理、酶解產(chǎn)糖和乙醇發(fā)酵。本研究以2種自然品系(NS19、NS143),1種野生型(Wild Type,WT)及其突變體11M-77為實驗材料,利用相對溫和的預處理和半同步糖化發(fā)酵(Semi-saccharification and simultaneous fermentation,SSSF)的方法,制取纖維乙醇。同時,有效生產(chǎn)多個副產(chǎn)物用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。主要結(jié)果如下:1.四種材料(NS19、NS143、11M-77、WT)鮮重產(chǎn)量為27.66-108.9 t/ha、干重產(chǎn)量為6.16-20.30 t/ha,木質(zhì)纖維素產(chǎn)量高。2.四種材料的汁液可溶性糖含量占干重的11.61%-23.02%,纖維素含量占28.64%-31.75%,半纖維素含量為22.24%-30.59%,木質(zhì)素含量占13.15%-14.83%。3.通過2%KOH和1%H_2SO_4兩步法預處理,四種甜高粱材料的酶解產(chǎn)糖效率達80.90%-91.71%,稈渣乙醇產(chǎn)率達到17.63%-20.04%(%干重),稈渣和汁液總乙醇產(chǎn)率21.96%-27.22%,每公頃乙醇產(chǎn)量達到1.51-5.53噸,四種材料的糖醇轉(zhuǎn)化率分別為48.01%、45.47%、44.30%和48.94%,為理論值的94.14%、89.16%、86.86%和95.96%。4.2%KOH能分別提取23.78%-37.02%的半纖維素和34.17%-65.91%的木質(zhì)素;進一步可以通過醇析和酸析回收,堿溶半纖維素的回收率為半纖維素總量的16.41%-17.70%,堿溶木質(zhì)素的回收率為木質(zhì)素總量的16.21%-20.77%,析出半纖維素純度為67.59%-77.54%,析出木質(zhì)素純度為83.09%-88.71%。5.發(fā)酵殘液含有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預處理中木質(zhì)素后,同時生產(chǎn)KCl肥料,而發(fā)酵液中K_2SO_4可加工為液體或固體K_2SO_4肥料。6.四種材料的發(fā)酵殘渣得率為11.54%-16.20%(%干重),其中纖維素含量為21.63%-26.05%,半纖維素占10.70%-18.68%,木質(zhì)素含量為31.54%-43.45%,故發(fā)酵殘渣以木質(zhì)素為主。總之,此研究可以使甜高粱稈渣纖維素高效降解產(chǎn)糖,同時利用了稈渣殘?zhí)?從而最大化提高乙醇產(chǎn)率,此外還可生產(chǎn)多種副產(chǎn)品,增加甜高粱的附加值,減少廢物排放。
【學位單位】：華中農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：S216.2
【部分圖文】：

圖 1.1 世界部分國家燃料乙醇生產(chǎn)趨勢（米多 2017）Fig. 1.1 Ethanol production trends of some countries2. 我國生物質(zhì)能的開發(fā)現(xiàn)狀我國燃料乙醇的發(fā)展起步于淀粉類糧食作物。2002 年來，國家批準了河南天冠燃料乙醇公司、安徽豐原生化公司、吉林燃料乙醇公司、黑龍江華潤酒精公司四家淀粉類燃料乙醇公司，但在 2006 年年底，國家就緊急叫停了糧食燃料乙醇的審批，

圖 1.2 植物細胞壁結(jié)構(gòu)示意圖（Rytioja et al 2014）Fig. 1.2 The general view of plant cell wall.1 纖維素纖維素是植物細胞壁中含量最豐富的成分，能提供給植物組織機械強度和，此外，細胞壁還與植物細胞的物質(zhì)運輸和信號傳導等生理功能有關(guān)，是壁的基本骨架（Peng et al 2002; Dhugga 2005）。纖維素是由葡萄糖通過β鍵聚而合成的，具體形式為：葡萄糖通過β-1,4-糖苷鍵連接形成葡聚糖鏈，聚糖鏈聚合形成纖維素微纖絲，這些微纖絲是纖維素的基本組成單元。纖構(gòu)示意圖如下：

圖 1.2 植物細胞壁結(jié)構(gòu)示意圖（Rytioja et al 2014）Fig. 1.2 The general view of plant cell wall 纖維素纖維素是植物細胞壁中含量最豐富的成分，能提供給植物組織機械強度，此外，細胞壁還與植物細胞的物質(zhì)運輸和信號傳導等生理功能有關(guān)，壁的基本骨架（Peng et al 2002; Dhugga 2005）。纖維素是由葡萄糖通過鍵聚而合成的，具體形式為：葡萄糖通過β-1,4-糖苷鍵連接形成葡聚糖鏈聚糖鏈聚合形成纖維素微纖絲，這些微纖絲是纖維素的基本組成單元。構(gòu)示意圖如下：
【參考文獻】

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2 王艷婷;徐正丹;彭良才;;植物細胞壁溝槽結(jié)構(gòu)與生物質(zhì)利用研究展望[J];中國科學:生命科學;2014年08期

3 石元春;;生物質(zhì)能源四十年[J];生命科學;2014年05期

4 馬曉娟;黃六蓮;陳禮輝;曹石林;;纖維素結(jié)晶度的測定方法[J];造紙科學與技術(shù);2012年02期

5 梅曉巖;劉榮厚;曹衛(wèi)星;;甜高粱莖稈固態(tài)發(fā)酵制取燃料乙醇中試項目能耗分析[J];農(nóng)業(yè)工程學報;2012年04期

6 彭良才;;論中國生物能源發(fā)展的根本出路[J];華中農(nóng)業(yè)大學學報(社會科學版);2011年02期

7 叢靖宇;張燁;楊冠宇;田瑞華;段開紅;王瑞剛;;不同品種甜高粱幼苗的耐鹽能力[J];中國農(nóng)學通報;2010年19期

8 張彩霞;謝高地;李士美;蓋力強;祁悅;;中國能源作物甜高粱的空間適宜分布及乙醇生產(chǎn)潛力[J];生態(tài)學報;2010年17期

9 張晉華;張淑芬;;木質(zhì)素陽離子化合成研究[J];精細與專用化學品;2010年05期

10 嚴洪冬;焦少杰;王黎明;姜艷喜;蘇德峰;孫廣全;;甜高粱莖稈在冷凍條件下含糖量的變化研究[J];黑龍江農(nóng)業(yè)科學;2009年06期

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2 文甲龍;生物質(zhì)木質(zhì)素結(jié)構(gòu)解析及其預處理解離機制研究[D];北京林業(yè)大學;2014年

3 方祥年;玉米芯半纖維素水解液發(fā)酵生產(chǎn)木糖醇的關(guān)鍵技術(shù)研究[D];浙江大學;2011年

4 陳云嫩;廢麥糟生物吸附劑深度凈化水體中砷、鎘的研究[D];中南大學;2009年

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1 李春艷;里氏木霉異源蛋白表達及高產(chǎn)纖維素酶菌株的遺傳改造[D];山東大學;2017年

2 劉凱旋;木質(zhì)纖維素原料中半纖維素提取和分離的研究[D];北京化工大學;2016年

3 張健;造紙黑液中木質(zhì)素的提取與應用[D];吉林大學;2012年

4 張珊珊;非糧生物能源作物選擇與土地需求研究[D];南京農(nóng)業(yè)大學;2009年

本文編號：2850013