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不同方法处理玉米秸秆制取木糖的研究

曲博  
【摘要】:近年来,作为城市雾霾主要原因之一的秸秆燃烧问题越来越引人关注。然而,秸秆利用未形成成熟产业链,玉米秸秆利用率不高,无法从资源价值向经济价值转变,成为了“食之无味,弃之可惜”的鸡肋。木糖是一种戊糖,木糖能量不被人体吸收,对于糖尿病患者和担心发胖的甜食爱好者来说,是葡萄糖的合理替代品。木糖的工业应用还包含食品抗氧剂、肉类香精原料等,随着人们保健的意识增强,木糖正慢慢走进人们的生活。本研究通过对秸秆不同方法的化学处理,根据处理液中木糖含量的高低确定化学预处理方法的优劣;再将玉米秸秆处理后的残渣作为碳源制作培养基,之后在培养基上分别接种枯草芽孢杆菌、热带假丝酵母菌、黑曲霉菌,通过菌类进一步对残渣进行降解得到木糖。通过对秸秆两步处理,寻找最优制取木糖的组合。1.主要研究内容:(1)玉米秸秆化学处理:通过单因素试验考察酸处理法、碱处理法、碱性过氧化氢处理法各自的浓度、时间、温度对玉米秸秆木糖含量的影响。在单因素的基础上通过响应面试验优化玉米秸杆化学处理工艺参数。(2)制备以经过三种化学处理后的玉米残渣为碳源的三种液体发酵培养基,每种培养基分别接种黑曲霉、热带假丝酵母、枯草芽孢杆菌,根据发酵液中木糖含量的差异确定发酵培养基的合适菌株。(3)结合木糖转化率值,找到化学处理法和生物处理法最优组合。2.研究结果如下:(1)确定了酸法处理玉米秸秆的最优工艺参数:稀H_2SO_4质量分数为1%、温度为130°C、时间为40min,在此条件下木糖转化率为74.59%;确定了碱法处理玉米秸秆的最优工艺参数:NaOH质量分数为2%、温度为120°C、时间60min,在此条件下木糖转化率为67.91%;确定了碱性H_2O_2法处理玉米秸秆的最优工艺参数:碱性H_2O_2质量分数为20%、温度120°C、时间60min的条件下木糖转化率为61.74%。(2)酸处理后的玉米秸秆残渣,经黑曲霉降解发酵,可得到14.3%的木糖;经热带假丝酵母菌降解发酵后,可得到14.2%的木糖;经枯草芽孢杆菌降解发酵,可得到13.9%的木糖,对比可知,酸处理后的秸秆经黑曲霉降解后,木糖转化率最大为14.3%。碱处理后的玉米秸秆残渣,经黑曲霉降解发酵,木糖转化率为17.9%;经热带假丝酵母菌降解后,木糖转化率为18.2%;经枯草芽孢杆菌降解后,木糖转化率为13.7%,比较可知,碱处理后的玉米秸秆经热带假丝酵母菌降解,木糖转化率最高,为18.2%。碱性H_2O_2处理后的玉米秸秆残渣,经黑曲霉降解,木糖转化率为18.0%;经热带假丝酵母菌降解后,木糖转化率为18.1%;经枯草芽孢杆菌降解后,木糖转化率为13.4%,由数据可知,碱性H_2O_2处理后的秸秆经热带假丝酵母菌降解,木糖转化率最大,为18.1%。(3)最优几组组合为:酸处理法木糖转化率与黑曲霉降解酸处理后秸秆木糖转化率之和为88.89%;碱处理法木糖转化率与热带假丝酵母降解碱处理秸秆木糖转化率为86.11%;碱性H_2O_2法转化率与热带假丝酵母降解碱性H_2O_2法处理后秸秆木糖转化率之和为79.84%。


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