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《天津大学》 2012年
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木质纤维素预处理和酶水解回收的过程调控与强化研究

杜若愚  
【摘要】:本论文以强化纤维素乙醇核心生产过程、降低过程工艺经济成本为目的,选择农林废弃资源玉米芯为原料,考察了预处理过程中原料的综合利用方式、研究了预处理及酶解过程的强化手段、开发了多种调控纤维素酶吸/脱附的方法,最终考察了影响纤维素酶定量的操作因素。 (1)碱性过氧化氢预处理:选取玉米芯作为木质纤维素原料,提出了常压中温下H_2O_2/NaOH同步预处理-组分回收工艺,该工艺实现了玉米芯三大组份的有效分离与回收,同时得到了较高的木质素脱除率(85.2%)和纤维素保留率(81.3%)。 (2)超声辅助氨浸预处理:选择玉米芯为原料,设计并优选了超声辅助氨浸预处理方案,并对工艺参数进行了优化。最佳工艺条件下处理的玉米芯样品,酶解率可提高34.2%,而还原糖释放速率与还原糖平衡浓度分别为未超声的氨浸玉米芯样品的1.3和1.4倍。 (3)超声调控酶吸附和水解:恒温超声反应器中,Spezyme CP酶在氨浸玉米芯上的吸/脱附表现出周期性的振荡,并且这种振荡是可逆可控的。通过改变底物表面性质和脱除木质素,超声能够极大地提高氨浸玉米芯底物的酶解效率。另外,应使用较低的能量输出和超声温度,以避免超声对纤维素酶的失活效应。 (4)pH调控酶吸附行为:纤维素酶在木质纤维素底物上的吸/脱附行为可以通过改变环境pH来调控。具体表现为酸性pH有利于吸附而中性和碱性pH则更有利于脱附。虽然调节pH也会带来纤维素酶的失活,但是在低温下,可以通过将pH调回4.8的方式使纤维素酶酶活可逆地恢复。 (5)酶回收策略:采用pH7溶液对氨浸玉米芯24h酶解残渣进行脱附,90min后脱附率可达91.9%。将上述指标带入重吸附过程游离酶回收率方程,预测得到引入pH调控的重吸附首轮即可回收70.9%的初始酶活。 (6)离心影响纤维素酶定量分析:离心对纤维素酶定量分析的影响由离心方式决定,当采用“取清液离心”的方式时,基本不会为后续蛋白定量带来影响;而当采用“混合态离心”的方式时,则会因为离心场的作用造成底物-酶体系中的游离酶下降,进而导致测得的吸附酶数据偏大、而脱附酶与底物的酶可及度数据偏小。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TQ223.122

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