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《北京林业大学》 2013年
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三倍体毛白杨原料预处理提高纤维素生物转化效率的研究

杨海艳  
【摘要】:本文对比研究了不同预处理技术对纤维素生物转化效率的影响,重点研究了木质纤维素原料经过预处理后物料化学成份、结构以及酶水解效率的变化。为了实现木质纤维素原料的综合利用,本文也对半纤维素成份的高值化利用进行了探索。得到的主要结论如下: 采用0.5%H2SO4对三倍体毛白杨处理2h,在100-200℃的温度范围评估了反应温度对处理效率的影响。并以1.5%NaOH-70%乙醇水溶液在回流条件下对稀酸处理后的物料抽提3h,回收残渣中的木素组分并对其进行结构表征。结果表明:(1)半纤维素的明显降解发生在130℃处理温度下,半纤维素脱除率为79.9%;升高处理温度也使水解液中的可溶性糖进一步降解生成甲酸、乙酸、乙酰丙酸、糠醛和5-羟甲基糠醛。(2)随着稀酸处理温度的升高,半纤维素和部分纤维素发生降解,物料回收率由92.4%下降至41.2%,而残渣中木素含量由20.8%上升至50.4%。(3)综合考虑物料回收率和纤维素水解效率发现,120℃下0.5%H2SO4处理具有可观的物料回收率(84.4%)和纤维素酶水解效率(60.8%,为原料纤维素酶水解效率的1.6倍),经稀碱抽提后,纤维素水解效率进一步提高至69.8%。(4)稀碱回收木素组分的结构表征发现,稀酸处理使木素β-O-4键断裂,并在木素单元之间生成了新的碳-碳键联接。回收木素的质量占原料克拉森木素的17%-30%。 采用白腐菌Trametes velutina D10149对三倍体毛白杨处理后以1.0%NaOH-70%乙醇溶液在回流条件下对物料抽提3h。通过对处理样品的成份及水解效率分析发现,白腐菌对S型木素单元的降解比G型木素更为明显。稀碱抽提能够有效地提高白腐菌处理的效率,将处理时间缩短至8周。处理后样品的比表面积由1.7m2/g提高至10.6m2/g。随着样品可及度的增加,纤维素水解效率由4.6%(原料)升高至63.0%。 分别以离子液体AmimCl、BmimCl和EmimAc将三倍体毛白杨木粉全溶后以5%NaOH溶液为溶剂再生回收碳水化合物,纤维素回收率分别为70.8%、71.1%和73.4%。三种离子液体处理使纤维素分子量由317000g/mo1分别降低至214000g/mol,258000g/mol和229000g/mol.此外,AmimCl和BmimCl处理使纤维素发生润胀,经EmimAc处理后纤维素Ⅰ转变成为纤维素Ⅱ。离子液体处理的样品纤维素酶水解效率(约87%)提高了30%(5%NaOH处理纤维素酶水解率为67.2%)。 对比不同半纤维素含量的纤维素样品的酶水解效率发现:(1)样品中木聚糖含量由24.7%下降至4.1%时,纤维素水解效率由64.2%提高至85.8%。而当木聚糖完全脱除以后,纤维素水解效率反而下降至78.4%。(2)5IU/g木聚糖的木聚糖的添加量能使纤维素转化效率由50.0%提高至59.5%,但木聚糖酶用量的增加,木聚糖酶对纤维素水解效率的影响作用减小。 以三倍体毛白杨木聚糖为底物,采用毕赤酶母木聚糖酶水解能够在14h内将36.8%的木聚糖水解转化成为低聚木糖。水解产物中聚合度2-4的糖占总低聚木糖的98%。当木聚糖溶于1%NaOH溶液中以超声波处理30min能将木聚糖转化率提高到43.8%,低聚木糖产物中含有98%聚合度2-4的糖。
【学位授予单位】:北京林业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TQ352

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