【摘要】：甘蔗渣是蔗糖工業(yè)最主要的副產(chǎn)物,其主要成分是纖維素和半纖維素。甘蔗渣被認(rèn)為是一種來源豐富的可再生資源,是作為纖維素燃料乙醇的重要原料之一,但是目前,甘蔗渣生產(chǎn)乙醇的轉(zhuǎn)化率仍然很低。其中一個重要原因是甘蔗渣半纖維素的利用率很低。為了提高甘蔗渣產(chǎn)燃料乙醇的轉(zhuǎn)化率,尤其是其中半纖維素的利用率,本研究探究了氫氧化鈉、硫酸、過氧化氫以及蒸汽爆破四種預(yù)處理方式后的甘蔗渣的成分的變化以及不同處理方式對纖維素水解酶之間的協(xié)同作用及酶解效果的影響;用不同的菌株進(jìn)行單獨或混合培養(yǎng)發(fā)酵堿預(yù)處理的甘蔗渣以及發(fā)酵過程的優(yōu)化。結(jié)果比較發(fā)現(xiàn),經(jīng)氫氧化鈉預(yù)處理的甘蔗渣,酶解效果最好,葡萄糖的產(chǎn)量為12.76 g/L,纖維素的轉(zhuǎn)化率達(dá)到理論產(chǎn)量的100.4%;其次是蒸汽爆破,而過氧化氫處理的甘蔗渣的酶解后的葡萄糖的產(chǎn)量最低,纖維素的轉(zhuǎn)化率只達(dá)到理論值的23.47%。通過纖維素酶分別與果膠酶和木聚糖酶的協(xié)同作用效果的研究,發(fā)現(xiàn)纖維素酶和木聚糖酶的協(xié)同度與底物的化學(xué)組成以及預(yù)處理的方式相關(guān);在本研究中沒有觀察到果膠酶和纖維素酶之間的協(xié)同作用,這可能是因為甘蔗渣的果膠成分太少的原因。協(xié)同作用分析的結(jié)果顯示水解效果最佳的酶組合為每克底物添加Celluclast1.5L 3.17 mg,Novozym 188 1.63 mg,木聚糖酶1.2 mg。經(jīng)堿處理的甘蔗渣在最優(yōu)酶組合量下,酶解60 h后,利用不同的發(fā)酵微生物菌株對水解液進(jìn)行發(fā)酵實驗,研究探究不同菌株的發(fā)酵性能。發(fā)現(xiàn)在葡萄糖利用菌中釀酒酵母1445的性能最好,在發(fā)酵12 h后葡萄糖的利用明顯快于其他的釀酒酵母菌株,利用速率達(dá)到4.53 g/L·h,在發(fā)酵24 h后乙醇的產(chǎn)量達(dá)到了最高(22.10 g/L);而戊糖利用菌中休哈塔假絲酵母的發(fā)酵性能優(yōu)于樹干畢赤酵母,乙醇的產(chǎn)量最高為15.15 g/L。分別將休哈塔假絲酵母和樹干畢赤酵母與釀酒酵母1445混合培養(yǎng)發(fā)酵甘蔗渣水解液,發(fā)現(xiàn)是休哈塔假絲酵母與釀酒酵母1445混合發(fā)酵的乙醇產(chǎn)量比較高(乙醇的最高產(chǎn)量為22.82 g/L)。本研究最后采用單因素法從菌種接種量、兩種菌種的不同比例、預(yù)酶解時間以及發(fā)酵方式等方面對休哈塔假絲酵母與釀酒酵母1445混合發(fā)酵的體系和發(fā)酵條件進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明,最優(yōu)發(fā)酵體系為:接種量為兩種菌的總干重為2.0 g/L、兩種菌的比例為1:1、不經(jīng)預(yù)糖化直接進(jìn)行同步糖化發(fā)酵。此條件下,乙醇產(chǎn)量達(dá)到15.73 g/L,產(chǎn)率為0.2622 g/g干重堿處理甘蔗渣,達(dá)到乙醇理論產(chǎn)值(0.4825 g/g)的54.34%。綜合以上,利用休哈塔假絲酵母和釀酒酵母1445混合共培養(yǎng)共發(fā)酵甘蔗渣纖維素和半纖維素生產(chǎn)乙醇是可行的,甘蔗渣作為燃料乙醇的生產(chǎn)原料也是切實可行的。
【學(xué)位授予單位】：暨南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：S216.2
【圖文】：

21圖 2.1 氫氧化鈉處理甘蔗渣的酶解結(jié)果2% NaOH 預(yù)處理的甘蔗渣經(jīng)不同比例的纖維素酶和果膠酶組合（A-C）或木聚糖纖維素酶組合（D-F）的酶解結(jié)果，分別酶解 4 h（A 和 D）、12 h（B 和 C）和酶解達(dá)萄糖量的最大值的初始時間 60 h（C 和 F）。對于果膠酶和纖維素酶組合水解 2% 的氫氧化鈉處理的甘蔗渣：隨著纖酶的百分比的增加，葡萄糖的量是呈現(xiàn)增加的趨勢（A-C），混合酶組合的糖的量比單獨使用纖維素酶的組合 c5 組要少，因此并沒有觀察到果膠酶和素酶之間有協(xié)同作用，但是用無論是 4 h、12 h 或者 60 h 果膠酶取代部分纖

23圖 2.2 硫酸處理甘蔗渣的酶解結(jié)果。2% 硫酸預(yù)處理的甘蔗渣經(jīng)不同比例的纖維素果膠酶組合（A-C）或木聚糖酶和纖維素酶組合（D-F）的酶解結(jié)果，分別酶解 4 h（A 和 D12 h（B 和 C）和酶解達(dá)到葡萄糖量的最大值的初始時間 48 h（C 和 F）。對于硫酸處理的甘蔗渣作為底物，無論是果膠酶和纖維素酶組合（A-C）者木聚糖酶和纖維素酶組合(D-F)水解，葡萄糖的量都隨著纖維素酶比例的增而增加，即混合酶組合的酶解所得的葡萄糖的量都沒有單獨使用纖維素酶組的萄糖的產(chǎn)量高，都沒有表現(xiàn)出協(xié)同作用。

25圖 2.3 過氧化氫處理甘蔗渣的酶解結(jié)果2% 過氧化氫處理的甘蔗渣經(jīng)不同比例的纖維素酶和果膠酶組合（A-C）或木聚糖纖維素酶組合（D-F）的酶解結(jié)果，分別酶解 4 h（A 和 D）、12 h（B 和 C）和酶解達(dá)萄糖量的最大值的初始時間 48 h（C 和 F）。對于果膠酶和纖維素酶的組合水解 2% 的過氧化氫處理的甘蔗渣：我們看到在水解 4 h 時（A），p4c1 明顯比 c5 組釋放的葡萄糖少，分別為 0.09

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本文編號：2753907