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《华南理工大学》 2013年
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甘蔗渣预处理及其酶解发酵特性的研究

张宪宝  
【摘要】:甘蔗渣作为一种制糖废弃物,来源广泛,且其综纤维素含量高,可以作为一种可再生生物质原料并得到重视。甘蔗渣可以被用来发酵生产生物燃料,如乙醇,但是需要经过预处理,改变其结构来提高酶解效率,进而生产乙醇。本文建立并比较了甘蔗渣碱预处理(氢氧化钠)和离子液体预处理的方法,并对其酶解发酵特性进行了研究。 原料甘蔗渣(绝干材料)的主要化学成分为:纤维素38.63%,木聚糖24.10%,Klason木质素21.34%,酸溶性木质素3.09%,苯醇抽提物1.91%和灰分1.79%。氢氧化钠预处理实验结果表明处理温度、氢氧化钠浓度及处理时间对酶解和发酵效率影响较为显著。通过正交试验设计优化出最佳预处理条件为:温度85oC、时间11h、NaOH浓度为4.5%。在此优化条件下处理的甘蔗渣,纤维素含量提高了46.16%,木聚糖和Klason木质素的含量分别降低了15.77%和72.87%。 研究了不同离子液体对甘蔗渣的预处理效果,其中离子液体[Emim]Ac对甘蔗渣的预处理效果最佳。离子液体预处理温度对甘蔗渣的溶解度和酶解效率有显著的影响。甘蔗渣在[Emim]Ac中的溶解度随温度的升高而增大,当温度达到140oC时,3%甘蔗渣完全溶解。经[Emim]Ac在140oC下处理0.5h的甘蔗渣的酶解效率达到64.99%(24h),纤维素含量提高了61.6%,木聚糖和Klason木质素的含量分别降低了6.9%和52.6%。通过XRD及FTIR表征结果显示经过离子液体处理的样品结晶度降低且结晶结构类型发生了改变,结晶度(CrI)从原料的41.65%降至处理后的18.74%,降低了55%。同时,酶解初速率随着结晶度的降低而增加,并在一定范围内与结晶度呈线性负相关关系。 对预处理甘蔗渣发酵性能通过SScF和SHF进行了研究。结果显示氢氧化钠预处理更适合于甘蔗渣的预处理,从发酵效率考虑,采用分步糖化发酵工艺以甘蔗渣为底物生产乙醇比同步糖化共发酵工艺更有优势。
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TS249.2

【参考文献】
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