玉米秸稈具有產(chǎn)量大、成本低、可再生的特點,是纖維乙醇生產(chǎn)的潛在重要原料。但是,玉米秸稈頑固的細胞結構阻礙了纖維素酶的水解糖化效率。本文采用芳香族磺酸對甲苯磺酸（p-TsOH）和有機溶劑乙醇對玉米秸稈進行預處理,破壞細胞壁的致密結構,去除木質素和半纖維素,改善纖維素酶的水解糖化效率,并對兩種預處理方法進行對比研究。p-TsOH預處理后的水解液可重復利用,經(jīng)多次循環(huán)利用后,更多的半纖維素水解物（木糖和葡萄糖）被釋放出來,在p-TsOH的催化作用下,通過簡單的加熱處理它們被轉化為高價值的乙酰丙酸平臺化合物�；跉埩裟举|素對纖維素酶無效吸附機理的研究,采用聚乙二醇類化合物對纖維素酶進行化學修飾,減少了殘留木質素對纖維素酶的無效吸附,提高了纖維素酶的水解效率。主要結論如下:玉米秸稈經(jīng)p-TsOH和乙醇預處理后,木質素含量明顯降低。在100 oC相對較低的溫度下進行p-TsOH預處理后,約83.4%的木質素被去除。而乙醇預處理在220oC下的木質素脫除率為67%。在纖維素酶用量15 FPU/g-纖維素、底物濃度為5%的條件下,水解96 h后,p-TsOH預處理的玉米秸稈的葡萄糖得率為97.6%,高... 

【文章來源】：青島科技大學山東省

【文章頁數(shù)】：95 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

β-D-吡喃式葡萄糖的椅式結構

有機溶劑預處理玉米秸稈制備可發(fā)酵糖并聯(lián)產(chǎn)乙酰丙酸研究2同時又是一種重要的膳食纖維，因此人們研究多種方法提高纖維素的利用率。纖維素簡單分子式為(C6H10O5)n，聚合度大約在500-10000之間[5]，分子式結構如圖1-2所示。圖1-1β-D-吡喃式葡萄糖的椅式結構Fig.1-1Chairstructureofβ-D-glucopyranose.圖1-2纖維素大分子Fig.1-2Conformationofcellulose.1.2.2.2半纖維素植物細胞壁中的纖維素和木質素是由聚糖混合物緊密地相互貫穿在一起的，此聚糖混合物被稱為半纖維素(圖1-3)。半纖維素最主要的成分是木聚糖，可用來合成低聚木糖(XOS)。XOS是一種獨特的益生元化合物，由β-(1,4)鍵的2-7個木糖分子構成。XOS可改善免疫系統(tǒng)，促進鈣吸收，降低癌癥風險[6]。此外，半纖維素可用于增加工業(yè)應用，包括水凝膠、熱塑性塑料和生產(chǎn)一些平臺化合物，是生物質精煉的重要原料[7]。半纖維素經(jīng)酸水解后，容易碎裂成多種單糖，其中有五碳糖(木糖、阿拉伯糖)和六碳糖(甘露糖、葡萄糖、半乳糖等)。圖1-3半纖維素結構式Fig.1-3Structuralformulaofhemicellulose.

青島科技大學研究生學位論文31.2.2.3木質素木質素是由苯丙烷結構單元構成的天然芳香族高分子化合物，是木質纖維中最復雜的成分。大致有如下三種：(a)愈瘡木酚基丙烷；(b)紫丁香基丙烷；(c)對-羥基苯基丙烷單元。木質素是地球上最重要的芳香族化合物，相當于天然的有機寶庫。近年來，人們對木質素的應用有濃厚的興趣，除用作燃料來提供能量外，還可以用于功能性表面涂料、納米膠和藥物輸送等[8]。(a)(b)(c)圖1-4木質素的結構單元Fig.1-4Thestructuralunitoflignin.1.2.3玉米秸稈玉米秸稈是木質纖維的重要來源。我國農(nóng)業(yè)發(fā)達，玉米產(chǎn)量豐富，分布廣泛，伴生了大量的玉米秸稈，但這些玉米秸稈并未得到有效的利用，較好的用途有沼氣發(fā)酵和養(yǎng)殖飼料，但很大部分被用于焚燒和填埋，這不僅造成了資源的浪費，還造成了環(huán)境的污染，不利于環(huán)保[9]。將玉米秸稈中的纖維素充分利用符合綠色環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的理念。玉米秸稈中含有20%左右的半纖維素，其中約18%存在于復合中間薄片中，19%存在于S1層中，63%存在于次生壁的S2和S3層中[10,11]。利用玉米秸稈制取纖維乙醇和乙酰丙酸，其本質是將玉米秸稈中的纖維素和半纖維素通過酶解反應和催化反應生成可發(fā)酵糖和乙酰丙酸。因此，需要對玉米秸稈進行預處理，將玉米秸稈中的木質纖維的結構破壞，為后續(xù)利用玉米秸稈產(chǎn)生糖類化合物并進一步生產(chǎn)平臺化合物做準備。通過預處理將木質素分離去除后就可以利用余下的產(chǎn)物制取可發(fā)酵糖和乙酰丙酸。其中，制取可發(fā)酵糖主要用到的是固體中的纖維素，通過酶解反應將其分解并轉化為葡萄糖和木糖。制取乙酰丙酸用到的是玉米秸稈預處理之后得到的預水解液，通過高溫下的酸催化反應將其中的糖類物質轉化為乙酰丙酸[12]。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]木質纖維原料同步糖化發(fā)酵制取生物乙醇研究進展[J]. 高月淑,許敬亮,袁振宏,張寧,蔣劍春.  生物質化學工程. 2016(03)
[2]固體超強酸催化微晶纖維素水解制備乙酰丙酸[J]. 任素霞,徐海燕,楊延濤,齊天,雷廷宙.  可再生能源. 2015(03)
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[4]乙酰丙酸及其衍生物的研究進展[J]. 郭清泉,陳煥欽.  精細石油化工. 2003(03)
[5]聚乙二醇在生化藥物化學修飾中的應用[J]. 周文孝,袁慶輝.  中國藥學雜志. 1997(03)

博士論文
[1]工業(yè)纖維多糖原料高效預處理與利用過程及機理研究[D]. 吉驪.北京林業(yè)大學 2019
[2]綠液預處理工業(yè)纖維渣酶水解過程及其機理研究[D]. 于海龍.北京林業(yè)大學 2015
[3]木質纖維素預處理和酶水解回收的過程調控與強化研究[D]. 杜若愚.天津大學 2012

碩士論文
[1]超臨界二氧化碳體系下酶解纖維素的研究[D]. 李化肖.青島科技大學 2019
[2]β-葡萄糖苷酶的化學修飾及固定化研究[D]. 燕杰善.青島科技大學 2018
[3]離子液體體系下修飾纖維素酶降解纖維素的研究[D]. 謝娟.青島科技大學 2012



本文編號：3355540