本文關(guān)鍵詞：油棕空果殼預(yù)處理、糖化發(fā)酵產(chǎn)乙醇及預(yù)處理機制研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：油棕樹原產(chǎn)于非洲和美洲,19世紀(jì)被引進到亞洲,主要產(chǎn)地分布在馬來西亞,印度尼西亞等,其數(shù)量占全球油棕分布的85%以上。油棕樹的木質(zhì)纖維素包括枝干,葉子,果皮以及分離出油棕果后剩下的空果殼(empty fruit bunch, EFB),其中EFB是棕櫚油生產(chǎn)工業(yè)中最主要的木質(zhì)纖維素廢料,EFB中含有比較高的葡聚糖(35-50%)和木聚糖(10-20%)。之前,EFB的處理方式是直接在原地自分解或者是燃燒處理產(chǎn)生粉末做肥料用,這不僅是對資源的極大浪費,也對環(huán)境造成了很大程度的污染。近些年來,由于EFB具有原料成本低廉,木質(zhì)纖維素含量較高,年產(chǎn)量大等特點,被很多學(xué)者認為是生產(chǎn)生物乙醇的一種低成本可循環(huán)利用的原料。一些學(xué)者研究了堿法、氨堿法以及酸堿法結(jié)合等方法對EFB進行預(yù)處理生產(chǎn)生物乙醇的可行性,但經(jīng)過這些方法預(yù)處理后EFB的轉(zhuǎn)化率都比較低�；谝陨媳尘�,本論文擬采用不同方法對EFB進行預(yù)處理,希望找到一種能夠有效提高EFB纖維素酶解轉(zhuǎn)化率的預(yù)處理方法,進而通過發(fā)酵將其高效率轉(zhuǎn)化成乙醇,并對其預(yù)處理機制進行研究,同時對EFB生物精煉的工藝進行探討。本論文的主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下：1.EFB預(yù)處理、糖化發(fā)酵生產(chǎn)乙醇及亞硫酸鹽法預(yù)處理廢液再利用的初步探索對原料EFB進行了一系列化學(xué)法預(yù)處理,包括濕氧化法(WO),氧堿法(OA)和亞硫酸鹽法預(yù)處理,通過對預(yù)處理后的固形物進行低底物濃度(2%)條件下酶解性能的比較,證明亞硫酸鹽法預(yù)處理EFB的效果最好,且最佳的預(yù)處理條件為：NaHSO3用量8%,H2SO4用量1%,反應(yīng)溫度180℃,反應(yīng)時間30 min,固液比1：4,在此反應(yīng)條件下,以預(yù)處理前絕干原料為基準(zhǔn)計算,纖維素酶解72 h時葡萄糖得率為0.318 g/g EFB。在最佳亞硫酸鹽預(yù)處理條件預(yù)處理后,利用得到的EFB不溶性固形物進行高濃半同步糖化發(fā)酵生產(chǎn)乙醇,發(fā)現(xiàn)18%的底物濃度為最佳反應(yīng)濃度,在此底物濃度下發(fā)酵160 h,乙醇濃度達到52 g/L,乙醇產(chǎn)率為0.325g/L/h,為理論產(chǎn)量值的95%。基于生物精煉方面考慮,進一步探討了利用亞硫酸鹽預(yù)處理廢液生產(chǎn)有價值產(chǎn)品的可行性,以實現(xiàn)生物質(zhì)價值的最大化。首先探索了直接利用亞硫酸鹽預(yù)處理液制備糠醛的可能性,優(yōu)化出制備糠醛的最佳反應(yīng)條件為：H2SO4用量0.75%,反應(yīng)溫度180℃,反應(yīng)時間25 min。反應(yīng)后,糠醛的濃度達到18.8g/L,轉(zhuǎn)化率達到82.5%。其次,通過不同的方法對預(yù)處理液進行處理和分離,發(fā)現(xiàn)選擇大孔吸附樹脂DM130,基本達到了將糖組分與木素磺酸鹽組分有效分離的要求,為后續(xù)進一步分別生產(chǎn)糖和木素產(chǎn)品奠定了基礎(chǔ)。2.亞硫酸鹽預(yù)處理后EFB的組成和結(jié)構(gòu)變化分析采用X-射線衍射,掃描電子顯微鏡(SEM),紅外光譜(FT-IR)和比表面積測定等一系列分析檢測手段,分析和比較了預(yù)處理前后原料EFB在纖維素結(jié)晶度,外比表面積,內(nèi)比表面積以及功能基團等方面的變化。結(jié)果表明,亞硫酸鹽預(yù)處理之后纖維素結(jié)晶度從62.3%提高到74.4%,氫鍵強度從4.75下降到3.24。SEM結(jié)果顯示,亞硫酸鹽預(yù)處理之后EFB表面受到嚴重的破壞,有明顯的裂痕孔洞的出現(xiàn),結(jié)構(gòu)也變得疏松,而且有細小纖維的產(chǎn)生。亞硫酸鹽預(yù)處理之后原料的BET比表面積(從0.99增加到1.18)、累計孔體積和平均孔直徑都有所增加。同時,物料大于50 nm大孔的孔體積在亞硫酸鹽預(yù)處理之后比原料有很大程度的增加。分別對亞硫酸鹽法、氧堿法和稀酸法預(yù)處理后上述指標(biāo)的變化進行了比較分析,以進一步說明亞硫酸鹽法在EFB預(yù)處理過程中的不同反應(yīng)機制。3.亞硫酸鹽預(yù)處理前后EFB微觀結(jié)構(gòu)變化及纖維素酶酶解過程中細胞壁結(jié)構(gòu)變化規(guī)律研究通過光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡、熒光顯微鏡、激光共聚焦顯微鏡和原子力顯微鏡的觀察分析,發(fā)現(xiàn)原料EFB主要是由厚壁細胞、薄壁細胞、導(dǎo)管和表皮細胞等組成。亞硫酸鹽預(yù)處理后EFB的整體結(jié)構(gòu)遭到破壞,由于藥液的滲透和作用使得厚壁細胞之間發(fā)生脫離,部分細胞壁遭到破壞,甚至發(fā)生斷裂。研究發(fā)現(xiàn),亞硫酸鹽預(yù)處理之后,EFB的纖維變短,寬度稍有減小,細小纖維含量大幅增加。對亞硫酸鹽預(yù)處理后EFB細胞壁結(jié)構(gòu)在纖維素酶酶解過程中的變化規(guī)律進行了初步研究,觀察結(jié)果表明EFB在酶解1h之后大部分細胞壁就開始降解,隨著時間的延長,細胞壁的降解加重,在酶解反應(yīng)5h之后基本達到最大值,大部分的細胞壁發(fā)生降解,再增加反應(yīng)時間并沒有明顯的降解發(fā)生。4.亞硫酸鹽預(yù)處理對EFB半纖維素和木素性質(zhì)的影響研究為了進一步研究亞硫酸鹽預(yù)處理過程中對EFB的作用,從亞硫酸鹽預(yù)處理前后的樣品中提純半纖維素和磨木木素(milled wood lignin, MWL),通過一系列的分析手段,分析亞硫酸鹽預(yù)處理前后半纖維素和MWL發(fā)生的變化。結(jié)果顯示,EFB的半纖維素組分是以木聚糖為主鏈的,在預(yù)處理之后有部分的烷基暴露出來,以及半纖維素中形成一部分酯鍵。在亞硫酸鹽預(yù)處理過程中原料中木質(zhì)素發(fā)生的反應(yīng)有：脫除木質(zhì)素的過程中苯基丙烷和羥基丙烷(Ca和C7)酯化反應(yīng)的發(fā)生；紫丁香基,縮合型愈創(chuàng)木基等基團的降解或者溶出；甲氧基的去除等。研究了亞硫酸鹽預(yù)處理前后EFB木質(zhì)素對纖維素酶吸附作用的變化。分別將亞硫酸鹽預(yù)處理前后EFB中提取的MWL和水溶性MWL加入到模擬糖化體系中,結(jié)果表明,預(yù)處理后EFB的MWL和水溶性MWL對總蛋白、總酶活和外切酶酶活等都有不同程度的抑制。
【關(guān)鍵詞】：油棕空果殼 亞硫酸鹽預(yù)處理 糖化發(fā)酵 半纖維素 木素 結(jié)構(gòu)和性質(zhì) 微觀結(jié)構(gòu)
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ223.122;TQ920.1
【目錄】：

• 摘要7-10
• ABSTRACT10-14
• 符號說明及縮略詞14-16
• 第一章 緒論16-48
• 1.1 燃料生物乙醇國內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-21
• 1.1.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀16-18
• 1.1.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀18-20
• 1.1.3 纖維素乙醇面臨的問題20-21
• 1.2 木質(zhì)纖維素原料生產(chǎn)生物乙醇關(guān)鍵問題21-37
• 1.2.1 木質(zhì)纖維素原料化學(xué)組成21-22
• 1.2.2 原料預(yù)處理技術(shù)22-35
• 1.2.3 糖化發(fā)酵技術(shù)35-36
• 1.2.4 生物煉制36-37
• 1.3 木質(zhì)素分離分析技術(shù)及其對纖維素酶的吸附37-40
• 1.3.1 木質(zhì)素分離方法37-38
• 1.3.2 木質(zhì)素分析手段38-39
• 1.3.3 木質(zhì)素對纖維素酶的吸附39-40
• 1.4 EFB簡介及生產(chǎn)纖維素乙醇國內(nèi)外研究現(xiàn)狀40-44
• 1.4.1 EFB簡介40-41
• 1.4.2 EFB生產(chǎn)纖維素乙醇國內(nèi)外研究現(xiàn)狀41-44
• 1.5 論文的立題依據(jù)和主要內(nèi)容44-48
• 第二章 EFB預(yù)處理和糖化發(fā)酵生產(chǎn)乙醇及亞硫酸鹽法預(yù)處理液再利用研究48-82
• 2.1 實驗原料和方法48-55
• 2.1.1 實驗原料48
• 2.1.2 常用試劑和培養(yǎng)基48-49
• 2.1.3 主要儀器49
• 2.1.4 實驗方法49-53
• 2.1.5 分析與測試方法53-55
• 2.2 結(jié)果與討論55-80
• 2.2.1 EFB的氧堿預(yù)處理和纖維素酶解性能的研究55-58
• 2.2.2 EFB亞硫酸鹽預(yù)處理和酶解性能研究58-62
• 2.2.3 EFB生物預(yù)處理62-68
• 2.2.4 亞硫酸鹽預(yù)處理后EFB糖化發(fā)酵生產(chǎn)乙醇68-74
• 2.2.5 亞硫酸鹽法預(yù)處理液利用的初步探討74-80
• 2.3 小結(jié)80-82
• 第三章 亞硫酸鹽預(yù)處理后EFB的組成和結(jié)構(gòu)變化分析82-96
• 3.1 實驗原料和方法82-84
• 3.1.1 實驗原料和常用試劑82
• 3.1.2 主要儀器82
• 3.1.3 實驗方法82-84
• 3.2 結(jié)果與討論84-94
• 3.2.1 亞硫酸鹽預(yù)處理后EFB化學(xué)成分分析84
• 3.2.2 亞硫酸鹽預(yù)處理前后EFB纖維素結(jié)晶度的變化84-86
• 3.2.3 亞硫酸鹽預(yù)處理前后EFB功能基團的變化86-88
• 3.2.4 亞硫酸鹽預(yù)處理前后EFB比表面積的變化88-94
• 3.3 小結(jié)94-96
• 第四章 亞硫酸鹽預(yù)處理對EFB形態(tài)學(xué)和微觀結(jié)構(gòu)特征的影響研究96-122
• 4.1 實驗原料和方法96-98
• 4.1.1 實驗原料96
• 4.1.2 主要儀器96
• 4.1.3 實驗方法96-98
• 4.2 結(jié)果與討論98-121
• 4.2.1 預(yù)處理前后原料的解剖學(xué)結(jié)構(gòu)觀察98-106
• 4.2.2 纖維形態(tài)觀察106-107
• 4.2.3 不同原料亞硫酸鹽預(yù)處理前后的細胞壁超微結(jié)構(gòu)特征及其變化107-118
• 4.2.4 纖維細胞壁在纖維素酶酶解過程中變化規(guī)律的初步研究118-121
• 4.3 小結(jié)121-122
• 第五章 亞硫酸鹽預(yù)處理對EFB半纖維素和木素性質(zhì)的影響研究122-142
• 5.1 實驗原料和方法123-127
• 5.1.1 實驗原料123
• 5.1.2 實驗儀器123
• 5.1.3 實驗方法123-127
• 5.1.4 分析方法127
• 5.2 結(jié)果與討論127-139
• 5.2.1 亞硫酸鹽預(yù)處理對半纖維素性質(zhì)的研究127-130
• 5.2.2 亞硫酸鹽預(yù)處理對木質(zhì)素性質(zhì)的影響研究130-136
• 5.2.3 磨木木素水不溶性組分和水溶性組分對纖維素酶的吸附和抑制136-139
• 5.3 小結(jié)139-142
• 全文總結(jié)與展望142-146
• 參考文獻146-166
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文166-168
• 致謝168-169
• 附件169

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

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2 閆志英;袁月祥;劉曉風(fēng);廖銀章;賀蓉娜;;復(fù)合菌劑預(yù)處理秸稈產(chǎn)沼氣[J];四川農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報;2009年02期

  本文關(guān)鍵詞：油棕空果殼預(yù)處理、糖化發(fā)酵產(chǎn)乙醇及預(yù)處理機制研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：500571