木質(zhì)纖維素是地球上最豐富的碳水化合物,綠色植物通過光合作用每年合成的生物質(zhì)相當于人類當前全年能耗的10倍。生物質(zhì)能源具有資源豐富、可再生、少污染等明顯優(yōu)勢,研究生物質(zhì)能的開發(fā)與利用對經(jīng)濟社會的發(fā)展具有重要意義。本研究以海島棉(G. barbadense)、陸地棉(G. hirsutum)、苧麻(Boehmeria nivea L。)、黃麻(Corchorus capsularis L)、紅麻(Hibiscus cannabinus L)五種纖維作物為材料,比較了不同預處理方法下其生物質(zhì)降解產(chǎn)糖的效率變化,優(yōu)化了的預處理方法,對后續(xù)的酶解發(fā)酵轉化成生物乙醇效果最好。提取及分析了預處理后這些材料的細胞壁成份和結構變化,研究其差異對生物質(zhì)降解效率的影響,確定了影響降解轉化效率的細胞壁結構關鍵性因子。采用多元線性回歸(MLR)和逐步線性回歸(SLR)兩種方法,構建了反應降解效率與細胞壁組分含量和精細結構之間的關系的QSAR(定量構效關系)模型,為其他同類作物生物質(zhì)的利用提供了參考。主要研究結果如下：(1)汽爆處理時高溫及隨時壓力變化產(chǎn)生的效果,可除去大部分的半纖維素、部分木質(zhì)素,相對提高了纖維素的含量,并降低了纖維素的聚合度,可以大幅度地提高后續(xù)的降解效率和糖醇轉化率。(2)汽爆+0.25%H2S04二步法,是使棉稈得到最大降解效率的預處理方式,低濃度的硫酸就能發(fā)揮良好的作用效果；而去皮后的麻稈,汽爆+1.00% H2SO4/NaOH處理(二步法)是更為理想的預處理方式,麻稈需要較高濃度的酸堿輔助才能達到后續(xù)降解效果。(3)高濃度的堿(16.00%NaOH)處理對五種纖維植物都能得到較高的降解效率,但后續(xù)的糖醇轉化效率較低。(4)確定了棉稈和去皮麻稈木質(zhì)纖維素的降解效率和糖醇轉化效率與其細胞壁結構關系密切,其纖維素結晶度、聚合度負影響降解效率,尤其聚合度具有更顯著的負作用,是影響降解效率的細胞壁組分關鍵性結構因子。(5)在棉稈和去皮麻稈中,木質(zhì)素S單體與半纖維素木糖(Xylose)含量與纖維素降解效果呈顯著正相關。(6)海島棉棉稈較之陸地棉具有更高的生物質(zhì)能轉化率和乙醇得率；而三種麻類植物中,黃麻稈是更具有優(yōu)勢的生物質(zhì)利用材料。
【學位單位】：湖南農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2015
【中圖分類】：TK6
【部分圖文】：

使得細胞壁能夠抵抗纖維素酶等各種酶類和各類微牛物的降解侵蝕。因此，??首先需要預處理破壞此交聯(lián)結構，水解更多的壁多糖，為接下來的酶解和發(fā)酵步驟提??供物質(zhì)基礎。（圖１．１）??纖維索??木防煮?／??＂１１＾?拳??＾半纖維系??國Ｕ預處理作用對細胞壁結構崩解示意圖（Ｘｕ，２００９；?Ｍｏｓｉ巧２００５；?Ｈｓｕ?ｅｔａｌ．，１９８０）??Ｆｉｇ?１．１?Ｔｈｅ?ｅ?瓶?ｃｔ?ｏｆ?ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ?ｏｎ?化?ｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｃｅｌｌ?ｗａ?化（Ｘｕ，?２００９；?Ｍｏｓｋｒ，２００５；?Ｈｓｕ?ｅｔ?ａｌ．，?１９８０）??１．２生物質(zhì)能國內(nèi)外研究現(xiàn)狀??１．２．１生物質(zhì)預處理方式??從生物質(zhì)能源的開發(fā)利用上來看，由于西方發(fā)達國家對生物質(zhì)能源利用的研究與??開發(fā)較早，其生物質(zhì)利用技術已經(jīng)達到商業(yè)化應用階段，對其他國家生物質(zhì)利用具有??較高的借鑒價值。?Ａ??對不同纖維植物稻軒進行預處理，可Ｗ提高纖維素轉化為生物乙醇的效率。目前??最主要的幾種預處理方式包括生物方法、物理方法、化學方法、物理和化學方法聯(lián)合??使用等（Ｈｓｕ?ｅｔ?ａｌ．，１９９６；?ＭｃＭｉｌｌａｎ?ｅｔ?ａｌ．，１９９４）。??１）物理預處理方法：是指通過處理使原料粉碎、材料表面狀態(tài)發(fā)生物理變化、改??變纖維素的結構特性、產(chǎn)生多孔性等，通常利用機械作用力、熱解或者蒸汽等方式。??液態(tài)熱水預處理（ＬＨＷ）?（Ｂｒａｎｄｏｎ?ｅｔａｌ．

細胞壁組分與結構??細胞壁的主要組成分子之一就是纖維素，研究利用其轉化為生物質(zhì)細胞壁的組成成分和結構特點。??細胞壁結構??細胞在進化及個體發(fā)育中，細胞壁經(jīng)歷了漫長的更新和改造的過程胞壁是植物細胞區(qū)別于動物細胞的特有結構之一，具有重要的作用：狀，控制細胞生長；（２）增加植物細胞機械強度；（３）細胞間物質(zhì)（４）參與形成胞間連絲（Ｂｒｅｔｔ，?１９８３）；?（５）作為人類主要的食物來Ｗ及能量等（Ｓｈａｒｐ，?１％４）。由于細胞壁的存在，植物細胞顯示出了大生命力，使其能承受各類生物的危害。因此，研究植物細胞壁的弄清楚細胞壁的結構特點、生物質(zhì)合成機理（Ｋｅｅｇｓｔｒａ＾?２０１０），又能生物質(zhì)抗降解屏障、充分利用植物資源轉化為生物能源提供依據(jù)。??

?ＯＨ?ＣＨｇＯＨ?州?ＣＨｇＯＨ??圖１．４纖維素分子中ｐ－ｌ，４－葡聚糖片段??Ｋｇ．?１．４?Ｔｈｅ?ｍｏｌｅｃｕｌｅ?行ａｇｍｅｎｔ?ｏｆ?Ｐ－１，４－ｇｌｕｃａｎ?ｉｎ?化ｅ?行ｂｅｉ＊．??具有一定構象的纖維素高分子鏈按一定的秩序堆碩，便成為纖維素的微晶體，因??此纖維素結構具有結晶區(qū)和非結晶區(qū)。結晶區(qū)是分子鏈有序排列形成的致密區(qū)域；非??８??
【相似文獻】

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1 孫麟;高慧俊;寶力德;;不同的預處理方式對甜高粱秸稈纖維素酶降解效率的影響[J];中國農(nóng)學通報;2010年09期

2 ;[J];;年期

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1 黃妤;棉麻植物生物質(zhì)降解方法及糖醇轉化效率研究[D];湖南農(nóng)業(yè)大學;2015年

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1 徐正丹;植物細胞壁溝槽結構觀察與功能預測分析[D];華中農(nóng)業(yè)大學;2015年

本文編號：2889022