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生物质(秸秆)纤维燃料乙醇生产工艺试验研究

宋安东  
【摘要】: 在我国能源安全问题日益突出、传统化石能源的消耗造成严重环境危害的形势下,在我国生物质尤其是秸秆造成了环境污染和秸秆资源的低水平利用的社会背景下,利用生物质(秸秆)纤维为原料来生产燃料乙醇成为一项迫切的、具有重要战略意义的任务。 国内外对生物质燃料乙醇进行了100多年的生产、应用和推广工作,但至今依然存在着许多关键的制约因素。研究表明,严重制约着生物质燃料乙醇规模化生产的关键瓶颈问题有两个:一是原料的预处理造成严重的环境污染或处理成本偏高;二是发酵阶段中糖的利用率低造成燃料乙醇产率偏低。作者认为采用生物降解原料中木质素的预处理工艺和采用戊糖发酵的微生物菌种来同步发酵糖化醪液中戊糖和己糖的工艺是解决生物质(秸秆)纤维燃料乙醇生产的重要途径。为此,本文通过大量的试验,取得了阶段性的结论或成果,该成果将对我国生物质(秸秆)纤维燃料乙醇的生产起到有力的推动作用。这些工作及成果主要包括以下几个方面: (1)固态培养降解木质素的工艺和机理试验研究。通过对固态培养降解条件和工艺研究,同时分析降解过程中微生物产木质纤维素酶类以及秸秆中主要组成的变化,结果表明在最佳的降解工艺和条件下,经过32d固态培养,木质素的降解率为62.551%。同时对生物降解木质素机理的研究表明,木质纤维素酶类的活力高低直接影响着秸秆中纤维素、半纤维素和木质素的降解,酶活力越高,降解率越大;纤维素和半纤维素的降解优先于木质素的降解;经生物降解后,木质素的结构发生了明显的变化。 (2)木质素降解酶降解木质素条件和机理试验研究。通过木质素降解酶降解木质素条件中温度、pH、酶量、降解时间等研究,表明在45℃、pH4.5、2ml酶液(粗过氧化物酶和粗漆酶各1ml)、72h的条件下,木质素的降解率为27.72%。试验中发现经过粗过氧化物酶和粗漆酶降解的秸秆木 河南农业大学博士学位论文 摘要 质素发生了结构上的改变。 (3)木质素的降解对秸秆糖化的影响试验研究。为了研究木质素生 物降解对秸秆糖化的影响,采用纤维素酶和木聚糖酶对秸秆进行双酶糖化 的最佳条件,对9种经不同生物降解的秸秆样品的糖化率进行了对比研究, 结果表明,木质素的降解可以显著提高秸秆的糖化率。 (4)戊糖发酵菌种的对比研究。通过对3个菌株平板培养和戊糖发 酵试验,表明嗜靴管囊酵母P一01是优良的戊糖发酵菌株。 (5)戊糖和己糖同步发酵生产燃料乙醇条件试验研究。通过对戊糖 和己糖混合液同步发酵产燃料乙醇中发酵温度、pH、摇床转速、接种量、 发酵初始糖浓度、己糖与戊糖比例等条件的研究,获得了戊糖和己糖同步 发酵生产燃料乙醇的最佳条件,该条件下糖醇转化率为35%。 (6) BPSSCF秸秆纤维燃料乙醇生产工艺及技术经济分析。对以生物 质(秸秆)纤维为原料,燃料乙醇生产采用BPsSCF一理和BPSSCF一6的工 艺试验表明,燃料乙醇的产率分别为10,280/0和7.3lryo,对工艺的技术经济 学分析表明,以生物质(秸秆)纤维为原料来采用生产燃料乙醇的技术是 可行的,社会效益、环境效益和经济效益是显著的。 (7)漆酶目的基因的克隆和验证。通过RT一PCR技术,从香菇241中 获得了大小为12lbp的目的漆酶laCI基因片段,该片段与GENEBANK中其 他香菇的漆酶基因具有较高的同源性。


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