微波技術(shù)用于植物纖維素原料生產(chǎn)酒精的研究.pdf

1、以植物纖維素為原料生產(chǎn)燃料酒精是解決人類所面臨能源和環(huán)境問題，保持社會可持續(xù)發(fā)展的一條有效途徑。本論文將微波技術(shù)用于植物纖維素原料的預(yù)處理和酶水解過程，以稻草作為模式植物纖維素原料，對植物纖維素原料預(yù)處理、酶水解和酒精發(fā)酵進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，未見有相關(guān)研究的文獻(xiàn)報道。 首先考查了微波對稻草不同預(yù)處理方式對預(yù)處理后稻草酶水解的影響，并與常規(guī)堿預(yù)處理稻草酶水解進(jìn)行比較，微波/堿預(yù)處理稻草可以提高預(yù)處理后稻草酶水解的初速度，而稻草酶水解

2、的還原糖得率保持不變。在微波/堿預(yù)處理稻草濃度為10g.l-1，靜置水解7d，以還原糖得率最高為優(yōu)化目標(biāo)時，微波/堿預(yù)處理稻草的優(yōu)化條件為稻草在1％的NaOH溶液中經(jīng)微波高火(700W)處理6min，預(yù)處理后稻草酶水解的優(yōu)化條件為溫度(45℃)、pH(4.8)和酶用量(20mg.g-1底物)。以微波/堿預(yù)處理稻草為底物，考查了微波(300W)處理酶液和微波(300W)間歇處理酶水解過程對稻草酶水解的影響，微波處理酶液可以略為提高酶水解的

3、初速度，而稻草酶水解的還原糖得率大幅下降，微波間歇處理酶水解過程可以提高酶水解的初速度，而稻草酶水解的還原糖得率略為下降，造成上述結(jié)果的原因是微波處理提高了纖維素酶濾紙酶活力和CMC糖化酶活力，而降低了纖維素二糖酶活力。 然后比較了微波/堿預(yù)處理稻草和常規(guī)堿預(yù)處理稻草對預(yù)處理后稻草化學(xué)組成及酶水解的影響，微波/堿預(yù)處理稻草有較高纖維素含量、較快的酶水解速度、水解產(chǎn)物糖化液有較高的葡萄糖含量。在此基礎(chǔ)上，對微波/堿預(yù)處理稻草、微波

4、/酸/堿預(yù)處理稻草和微波/酸/堿/H2O2預(yù)處理稻草進(jìn)行了比較，微波/酸/堿/H2O2預(yù)處理稻草不僅可以回收稻草在預(yù)處理過程中所形成的木糖，而且預(yù)處理后稻草有較高纖維素含量、較快的酶水解速度、水解產(chǎn)物糖化液有較高的葡萄糖含量，是一種較為理想的稻草預(yù)處理方法。 接下來對常規(guī)堿預(yù)處理稻草、微波/堿預(yù)處理稻草和微波/酸/堿/H2O2預(yù)處理稻草酶水解動力學(xué)進(jìn)行研究，上述3種預(yù)處理稻草酶水解都受產(chǎn)物還原糖的竟?fàn)幰种疲伎梢杂孟旅娴膭恿W(xué)模

5、型對其酶水解過程進(jìn)行較好描述：dCG/dt=Rpmax·(CS0-0.9CG)/Km(1+CG/KG)+(CS0-0.9CG)常規(guī)堿預(yù)處理稻草、微波/堿預(yù)處理稻草和微波/酸/堿/H2O2預(yù)處理稻草模型參數(shù)Rpmax分別為1.36g.l-1.h-1、2.06g.l-1.h-1和2.80g.l-1.h-1，Km分別為17.9g.l-1、18.3g.l-1和17.4g.l-1，KG分別為29.9g.l-1、29.6g.l-1和43.1g.l-

6、1。 最后對常規(guī)堿預(yù)處理稻草、微波/堿預(yù)處理稻草和微波/酸/堿/H2O2預(yù)處理稻草的酶水解產(chǎn)物糖化液酒精發(fā)酵和批式同步糖化酒精發(fā)酵進(jìn)行了對比研究，微波/酸/堿/H2O2預(yù)處理稻草發(fā)酵的酒精濃度與得率均高于另外2種預(yù)處理方法，進(jìn)一步證實了微波/酸/堿/H2O2預(yù)處理是一種較為理想的稻草預(yù)處理方法。對經(jīng)微波/酸/堿/H2O2預(yù)處理稻草的批式同步糖化酒精發(fā)酵和中間補(bǔ)料批式同步糖化酒精發(fā)酵進(jìn)行了對比研究，中間補(bǔ)料批式同步糖化酒精發(fā)酵可以