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《华南理工大学》 2016年
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蔗渣纤维素乙醇预处理工艺及酶解特性研究

佘晓琼  
【摘要】:甘蔗渣是我国制糖工业的主要副产物,目前大部分的蔗渣都是以焚烧的方式被利用,既浪费资源又污染环境。因此有必要对其加以利用,提高综合利用率。天然木质纤维原料具有“顽抗性”,直接酶解效率低下,必须在酶解前进行预处理。本文以蔗渣为原料,经弱碱性亚硫酸钠和弱碱性过氧化氢预处理再酶解,以预处理液和酶解液总还原糖转化率为评价指标,优化出各自的最优预处理工艺条件,并对蔗渣原料、预处理样和酶解残渣进行进一步对比分析,同时探讨木素脱出率和半纤维素脱出率对弱碱性亚硫酸钠预处理酶解的影响,为木质纤维原料高效转化为燃料乙醇提供理论依据和技术支持。本研究首先采用木质纤维原料成分分析的标准测定了蔗渣中各组分含量。其中,纤维素含量为48.13%,半纤维素含量为25.81%,Klason木素含量为20.94%,酸溶木素为1.26%。其次通过单因素实验和响应面实验优化了弱碱性亚硫酸钠预处理和弱碱性过氧化氢预处理工艺条件,并进一步探讨了预处理对酶解的影响。实验得到弱碱性亚硫酸钠预处理最佳工艺条件为:预处理温度170℃,保温时间2.5h,NaOH用量3.5%,Na2SO3用量10%,在此预处理条件下得到的总还原糖转化率为74.95%,其中预处理过程还原糖含量较低,仅为13.32%。预处理过程使纤维结构被破坏,纤维表面碎片增多,极大地提高了纤维素酶对纤维素的可及性,提高了酶解效率。实验得到弱碱性过氧化氢预处理最佳工艺条件为:预处理温度73℃,保温时间5h,H2O2用量5.5%,在此预处理条件下得到的总还原糖转化率为64.13%,预处理液中仅检测到少量单糖。预处理同样使纤维结构变得松散,纤维比表面积增大,结晶度增加。在最优预处理条件下,对两种预处理方式进行了对比分析。结果表明,蔗渣经弱碱性亚硫酸钠预处理后木素脱出率为75%,而弱碱性过氧化氢预处理后木素脱出率仅为58.74%;100g蔗渣原料经弱碱性亚硫酸钠预处理再酶解,可得葡萄糖31.82g,木糖22.07g,100g蔗渣原料经弱碱性过氧化氢预处理再酶解,可得葡萄糖26.74g,木糖19.02g。在纤维素酶足够量,其他酶解条件最优化的情况下,探讨木素和半纤维素脱出率对于亚硫酸盐预处理酶解特性的影响。结果表明,酶解还原糖转化率随木素和半纤维素脱出率的增大而升高,说明木质素和半纤维素的脱出有利于纤维素酶的酶解,并且当木质素脱出程度越高时,酶解效率越高。
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TQ223.122

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