本文對(duì)纖維素酶酶解稻殼的預(yù)處理工藝進(jìn)行了研究,廣泛研究了溫和條件下多種化學(xué)預(yù)處理方法,物理預(yù)處理方法,白腐菌的生物預(yù)處理方法以及多因子聯(lián)合預(yù)處理方法對(duì)稻殼的纖維素酶酶解的效果的影響,結(jié)果如下: 1.選用了稀酸,稀NaOH,Ca(OH)_2,氨水,H_2O_2等幾個(gè)化學(xué)試劑在常溫常壓下對(duì)稻殼進(jìn)行了酶解前的預(yù)處理,并對(duì)這幾種試劑的預(yù)處理?xiàng)l件進(jìn)行了優(yōu)化。結(jié)果表明,這幾種處理均能提高稻殼的酶解效率,其預(yù)處理的效果次序?yàn)镹aOH＞稀硫酸＞稀鹽酸＞Ca(OH)_2＞氨水＞H_2O_2,最好的效果為稀NaOH,1.5%NaOH處理6h后,稻殼的酶解總糖得率可達(dá)29.6%。的雖然稀酸的預(yù)處理效果也較好,但其會(huì)帶來(lái)大量的半纖維素組分損失。還進(jìn)行了H_2O_2/NaOH聯(lián)合堿氧化處理和酸堿聯(lián)合處理(氨水/H_2SO_4)兩種多化學(xué)因子的聯(lián)合處理實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明,這種多因子的聯(lián)合處理效果明顯好于單因子處理。其中堿氧化預(yù)處理效果最好,在1.5%的NaOH與0.6%的H_2O_2堿氧化溶液配比,固液比為1/10,在30℃處理48h,處理后酶解總糖得率可達(dá)45.5%。并且進(jìn)行了堿氧化處理的處理液循環(huán)利用實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明,經(jīng)過(guò)3次濾液回用,可以節(jié)省大約28%的NaOH的用量。 2.進(jìn)行了超聲波和微波兩種物理方法對(duì)稻殼的酶解前預(yù)處理實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明,超聲波和微波在不改變稻殼組分含量的情況下,能提高稻殼的酶解效率。其中微波的處理效率要高于超聲波處理。700W的超聲功率時(shí),處理30min,處理后酶解可以獲得28.3%的總糖得率。還進(jìn)行了超聲波和微波分別結(jié)合稀酸和稀堿的物理與化學(xué)因子聯(lián)合預(yù)處理實(shí)驗(yàn)。從處理后酶解得糖率分析,這幾種預(yù)處理的效果依次為微波稀酸＞微波稀堿＞超聲波稀堿＞超聲波稀酸＞微波處理＞超聲波處理。雖然微波稀酸處理后稻殼酶解總糖得率略高于微波稀堿處理,但由于其會(huì)降解較多的纖維素和半纖維素,因而總體比較,微波稀堿處理效果要好于微波稀酸處理。1%的NaOH結(jié)合700W功率的微波處理20min,處理后稻殼的酶解得糖率為38.7%。 3.選取了糙皮側(cè)耳AM-035和草菇AM-066兩株白腐菌對(duì)進(jìn)行稻殼的酶解預(yù)處理實(shí)驗(yàn),結(jié)合處理過(guò)程中稻殼組分的變化,菌的木質(zhì)素降解酶類的產(chǎn)酶情況和處理后稻殼的酶解情況,對(duì)預(yù)處理?xiàng)l件進(jìn)行了優(yōu)化。結(jié)果表明兩株菌均能有效的提高稻殼的酶解效果,糙皮側(cè)耳的處理效果要好于草菇。用糙皮側(cè)耳處理30d,稻殼酶解得糖率可以達(dá)到29.8%,但也會(huì)引起20%的纖維素組分和52%的半纖維素組分的損失。處理周期過(guò)長(zhǎng)和纖維素和半纖維素組分的損失是制約白腐菌預(yù)處理進(jìn)行廣泛應(yīng)用的主要瓶頸。還進(jìn)行了雙菌株聯(lián)合處理實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明,這兩株菌的聯(lián)合處理效果要低于二者單獨(dú)進(jìn)行處理時(shí)的效果。 4.選取了H_2O_2和超聲波兩種方法分別與糙皮側(cè)耳進(jìn)行了兩步的聯(lián)合預(yù)處理實(shí)驗(yàn)。這種聯(lián)合預(yù)處理工藝可以有效地縮短糙皮側(cè)耳的預(yù)處理時(shí)間,進(jìn)而也可以減少稻殼纖維素與半纖維素組分的損失。常溫常壓下,2%的H_2O_2處理稻殼48h,再進(jìn)行18d的糙皮側(cè)耳處理,處理后酶解總糖得率可達(dá)39.8%,高于糙皮側(cè)耳單獨(dú)處理60d后稻殼的酶解得糖率(36.7%),纖維素與半纖維素的損失卻比后者低(纖維素的降解率分別為15.7%和28.1%,半纖維素的降解率分別為44.2%和77.3%)。對(duì)聯(lián)合處理過(guò)程中菌的木質(zhì)素降解酶的產(chǎn)酶情況進(jìn)行了考察,并對(duì)稻殼的結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行了SEM觀察。結(jié)果表明,聯(lián)合處理對(duì)白腐菌的處理效果的提高的主要原因是第一步處理時(shí)對(duì)稻殼的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的破壞,提高了木質(zhì)素降解酶類對(duì)木質(zhì)素的可及度,進(jìn)而提高了木質(zhì)素的降解效果。
【學(xué)位單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2008
【中圖分類】：S216.2
【部分圖文】：

維素是世界上最為豐富，最廉價(jià)的可再生資源，在地球近2000億噸植物生物量中占多數(shù)的是植物纖維素，其中據(jù)國(guó)家農(nóng)業(yè)部提供的數(shù)據(jù)，中國(guó)農(nóng)業(yè)廢棄纖維素類資源噸用于薪柴燃料的消耗，其余均被焚燒;而林業(yè)部提供棄物資源量8億噸，其中工業(yè)消耗5億噸，有3億噸函4噸木質(zhì)纖維原料出產(chǎn)1噸乙醇的技術(shù)水平，這些原料醇。如果利用木質(zhì)纖維原料生產(chǎn)燃料乙醇技術(shù)獲得突破則對(duì)突破我國(guó)資源瓶頸將起到至關(guān)重要的作用。因此，用工藝的研究和開(kāi)發(fā)，對(duì)于實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性發(fā)展和意義(朱圣東等，2003;潘亞杰等，2005;莊新妹，2005)。纖維素的主要組分和結(jié)構(gòu)

圖1一木質(zhì)纖維原料預(yù)處理目的示意圖(Mosler，2005)Fig.1·3SehematieofgoalsofPretreatmentonIignoeellulosiematerial預(yù)處理技術(shù)的主要目的是全部或部分的降解木質(zhì)素，打破由木質(zhì)素和半纖維構(gòu)成的網(wǎng)狀包埋結(jié)構(gòu)，使纖維素與木質(zhì)素，半纖維素等分離開(kāi)，同時(shí)纖維素內(nèi)氫鍵打開(kāi)，使之成為無(wú)定形纖維素，降低纖維素的結(jié)晶度，提高基質(zhì)的孔隙率，而提高降解微生物或酶類對(duì)纖維素和半纖維素的可及度。此外，還進(jìn)一步部分?jǐn)嗬w維素和半纖維素的糖營(yíng)鍵，降低其聚合度，提高降解效率。預(yù)處理技術(shù)必滿足以下幾個(gè)條件。①提高水解酶的結(jié)合率;②避免碳水化合物的降解和損失;避免產(chǎn)生對(duì)發(fā)酵和水解過(guò)程有抑制作用的副產(chǎn)物;④避免產(chǎn)生對(duì)環(huán)境有害的副物;⑤性價(jià)比要好，盡可能的使用低能耗的技術(shù)手段，以降低工藝成本。目前，處理技術(shù)主要包括物理法，化學(xué)法，生物法，以及物理一化學(xué)法等一些綜合處方法(朱躍釗等，2004;李盛賢等，2005;Mooneyeraz.，1998;Lynde;az.，1996:

2.1稀鹽酸預(yù)處理濃度對(duì)稻殼組分得率的影響(C:纖維素;HC:半纖維素;L木質(zhì)素下同)Fig.2一1EffeetsofdifferentPretreatmenteoncentrationstodiluteHCLPretreatmentofricehull(C:eellulose;HC:hemicellulose;L:lignin)OnUL工nO曰01﹄日︶001︸工a︵(j莊乙工工n自QqO曰9︼11︵%︶頓很鈴駐佘洲陳目0.50%1.00%1.50%2.00%2.50%3.00%3.50%酸濃度(%)
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 張德強(qiáng),黃鎮(zhèn)亞,張志毅;木質(zhì)纖維生物量一步法(SSF)轉(zhuǎn)化成乙醇的研究進(jìn)展[J];北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2001年06期

2 徐忠,汪群慧,姜兆華;氨預(yù)處理對(duì)大豆秸稈纖維素酶解產(chǎn)糖影響的研究[J];高校化學(xué)工程學(xué)報(bào);2004年06期

3 熊犍,葉君,梁文芷,范佩明;微波對(duì)纖維素Ⅰ超分子結(jié)構(gòu)的影響[J];華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2000年03期

4 楊雪霞,陳洪章,李佐虎;玉米秸稈氨化汽爆處理及其固態(tài)發(fā)酵[J];過(guò)程工程學(xué)報(bào);2001年01期

5 陳育如,夏黎明,吳綿斌,岑沛霖;植物纖維素原料預(yù)處理技術(shù)的研究進(jìn)展[J];化工進(jìn)展;1999年04期

6 朱顯峰,楊生玉,沈永紅,劉宇鵬,于成德,王俊芳,吳坤;漆酶檢測(cè)方法的對(duì)比研究[J];河南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2002年03期

7 潘亞杰,張雷,郭軍,張大雷;農(nóng)作物秸稈生物法降解的研究[J];可再生能源;2005年03期

8 伊?xí)月?孫立,郭東彥,李鐵,彭亮,張衛(wèi)東;生物質(zhì)秸稈預(yù)處理技術(shù)[J];可再生能源;2005年02期

9 熊素敏,左秀鳳,朱永義;稻殼中纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的測(cè)定[J];糧食與飼料工業(yè);2005年08期

10 錢俊青,謝祥茂;稻殼吸附劑提高啤酒穩(wěn)定性的研究[J];離子交換與吸附;2001年02期

本文編號(hào)：2883390