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低值海藻浒苔（Enteromorpha prolifera）生物乙醇转化工艺的研究

作　者: 刘政坤
导　师: 江晓路
学　校: 中国海洋大学
专　业: 水产品加工与贮藏工程
关键词: 能源危机 海洋生物质 浒苔 预处理工艺 发酵
分类号: TQ223.122
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


能源和环境问题己成为国际性热点,引起人们的广泛关注。伴随中国能源预警的发出和节能呼声的日益高涨,开发利用可再生的清洁能源,已迫在眉睫。本文以第三代发酵生产乙醇的纤维类生物质为原料,采用低值海藻-浒苔作为主要的研究对象,同时以陆生生物质-甘蔗渣为对照,研究海洋生物质和陆生生物质在生物乙醇转化上的异同。浒苔含大量多糖,采用热水法浸提浒苔多糖进行前处理。对浸提过多糖的浒苔,采用清洁氧化剂过氧化氢进行预处理。通过单因素实验和响应面（SRM）分析法优化预处理工艺。通过对经过过氧化氢预处理的浒苔和甘蔗渣的组分,主要是纤维素、半纤维素和木质素含量变化进行测定,并采用扫描电镜（SEM）对预处理前后的浒苔的微观结构进行观察,以验证预处理的效果。最后,对浒苔和甘蔗渣小分子量的还原糖进行发酵生产乙醇。分别从菌种、初始还原糖浓度、接种量和温度优化发酵条件,从七水合硫酸镁和硫酸铵的添加量优化发酵培养基,以期望获得较高的乙醇产率。实验表明,单因素优化的浒苔浸提多糖的工艺条件为:浒苔采用过氧化氢预处理的工艺条件为:浸提时间为5小时,浸提的固液比为1:80,浸提的温度为90摄氏度。在此优化的工艺条件下,多糖得率达到17.3%。通过单因素实验和响应面分析法（RSM）优化预处理工艺,确定浒苔预处理工艺为:预处理时间12小时,温度为50摄氏度,过氧化氢浓度为0.2%,pH原始。甘蔗渣预处理工艺为:预处理温度110摄氏度、H2O2浓度0.4%、预处理时间36小时、pH值原始。在优化的工艺条件下,获得较好的酶解效果。本研究采用H2O2作为预处理的氧化剂,H2O2是一种清洁、无污染、成本低廉的预处理试剂,能够较好的去除木质素。通过对浒苔和甘蔗渣预处理前后纤维素、半纤维素和木质素含量的测定,显示H2O2可有效去除浒苔和甘蔗渣中的木质素,酶解效率提高。通过对浒苔和甘蔗渣组分含量测定,显示浒苔纤维素和半纤维素含量达到33.7%,甘蔗渣的纤维素和半纤维素含量达到35.1%,但甘蔗渣的木质素含量高达36.3%。从浒苔和甘蔗渣的优化的预处理条件可以看出,甘蔗渣达到较好的预处理效果需要更高的预处理温度和时间,故浒苔在预处理工艺上有较好的经济和社会效益。采用扫描电镜（SEM）观察浒苔预处理前后的微观结构,结果显示H2O2对浒苔的微观结构有一定的破坏,出现更多的酶解结合位点,采用H2O2获得较好酶解效果。浒苔酶解液发酵生产乙醇的优化工艺条件:发酵菌种采用面包酵母,发酵时间为24小时,发酵温度为36摄氏度,初始还原糖浓度为2%,接种量为10%,发酵培养基中七水合硫酸镁的添加量为0.4 g/L,硫酸铵的添加量为6 g/L。通过对甘蔗渣的酶解液进行发酵显示,浒苔酶解液在还原糖利用率、葡萄糖利用率、乙醇产率方面都比甘蔗渣高。优化的浒苔生产乙醇产率达到13.2 g（乙醇）/100 g（浒苔）。以浒苔为原料发酵生产乙醇展现良好应用前景。

全文目录


摘要  5-7
Abstract  7-14
0 前言  14-36
  0.1 能源危机  14-15
  0.2 生物质能  15-17
  0.3 生物乙醇  17-18
  0.4 生物乙醇的生产原料的发展  18-21
    0.4.1 糖质和淀粉质原料生产乙醇概况  19-20
    0.4.2 纤维素类原料生产乙醇的概况  20-21
  0.5 海洋生物质能的研究  21-23
    0.5.1 我国海洋生物质能的研究  22-23
  0.6 浒苔是良好的海洋生物质原料  23-24
  0.7 纤维质发酵制取生物乙醇的工艺  24-31
    0.7.1 生物质原料的预处理工艺  26-29
    0.7.2 水解工艺  29-30
    0.7.3 发酵工艺  30-31
  0.8 本文研究的内容、目的和意义  31-33
  参考文献  33-36
第一章 原料的预处理  36-62
  1 实验材料  36-38
    1.1 实验原料  36-37
    1.2 主要实验试剂  37
    1.3 主要实验仪器  37-38
  2 实验方法  38-44
    2.1 预处理工艺流程  38
    2.2 总糖含量的测定  38
    2.3 还原糖含量的测定  38-39
    2.4 葡萄糖含量的测定  39
    2.5 酶解条件的确定  39
    2.6 浒苔水溶性多糖的提取  39-40
      2.6.1 浸提时间对水溶性多糖得率的影响  39
      2.6.2 浸提固液比对水溶性多糖得率的影响  39-40
      2.6.3 浸提温度对水溶性多糖得率的影响  40
    2.7 浒苔和甘蔗渣预处理工艺  40-41
      2.7.1 预处理温度对酶解效果的影响  40
      2.7.2 预处理H_20_2 浓度对酶解效果的影响  40
      2.7.3 预处理时间对酶解效果的影响  40
      2.7.4 预处理H_20_2 溶液的pH 对酶解效果的影响  40-41
    2.8 响应面分析法（RSM）优化预处理工艺  41-44
  3 实验结果与讨论  44-60
    3.1 DNS 法测定还原糖标准曲线的制定  44
    3.2 总糖标准曲线的制作-苯酚硫酸法  44-45
    3.3 热水浸提法提取浒苔水溶性多糖的研究  45-47
      3.3.1 浸提时间对浒苔水溶性多糖得率的影响  45-46
      3.3.2 浸提的固液比对浒苔水溶性多糖得率的影响  46-47
      3.3.3 浸提的温度对浒苔水溶性多糖得率的影响  47
    3.4 浒苔和甘蔗渣的预处理工艺  47-54
      3.4.1 预处理温度对酶解效果的影响  47-49
      3.4.2 预处理H_20_2 浓度对酶解效果的影响  49-51
      3.4.3 预处理时间对酶解效果的影响  51-52
      3.4.4 预处理H_20_2 溶液的pH 对酶解效果的影响  52-54
    3.5 响应面分析法（RSM）优化预处理工艺  54-60
      3.5.1 浒苔和甘蔗渣在预处理工艺条件上的对比  59-60
  4 本章小结  60-61
  参考文献  61-62
第二章 原料预处理前后组分和结构的变化  62-75
  1 实验材料  62-64
    1.1 实验原料  62
    1.2 主要的实验试剂  62-63
    1.3 主要的实验仪器  63-64
  2 实验方法  64-69
    2.1 组分测定流程  64
    2.2 水分的测定  64-65
    2.3 灰分的测定  65-66
    2.4 粗脂肪的测定  66
    2.5 粗蛋白的测定  66-67
    2.6 可溶性糖的测定  67-68
    2.7 纤维素、半纤维素、木质素的测定  68
    2.8 浒苔和甘蔗渣微观结构的观察  68-69
  3 结果与讨论  69-73
    3.1 浒苔和甘蔗渣基本组分  69
    3.2 预处理后纤维素、半纤维素和木质素含量的变化  69-71
    3.3 扫描电镜（SEM）显示浒苔和甘蔗渣预处理前后结构的变化  71-73
  4 小结  73-74
  参考文献  74-75
第三章 浒苔和甘蔗渣酶解液发酵生产乙醇的研究  75-93
  1 实验材料  75-78
    1.1 菌种  75-76
    1.2 培养基  76
      1.2.1 斜面培养基  76
      1.2.2 酵母增殖培养基  76
      1.2.3 发酵培养基  76
    1.3 主要实验试剂  76-77
    1.4 主要实验仪器  77-78
  2 实验方法  78-82
    2.1 浒苔和甘蔗渣酶解液发酵乙醇工艺流程  78
    2.2 菌种的活化  78
    2.3 菌种的扩大培养  78-79
    2.4 还原糖含量的测定  79
    2.5 葡萄糖含量的测定  79
    2.6 总糖含量的测定  79
    2.7 超滤器操作条件  79
    2.8 乙醇产率的测定  79
    2.9 糖利用率和乙醇产量的计算  79
    2.10 摇瓶发酵条件  79-80
    2.11 发酵条件的优化  80
      2.11.1 菌种对发酵的影响  80
      2.11.2 发酵时间对发酵的影响  80
      2.11.3 初始糖浓度对发酵的影响  80
      2.11.4 发酵温度对发酵的影响  80
      2.11.5 接种量对发酵的影响  80
    2.12 发酵培养基的优化  80-82
      2.12.1 发酵培养基中七水合硫酸镁添加量对发酵的影响  80-81
      2.12.2 发酵培养基中硫酸铵添加量对发酵的影响  81-82
  3 实验结果与讨论  82-91
    3.1 酶解液分级  82
    3.3 发酵条件的优化  82-87
      3.3.1 菌种对发酵的影响  82-83
      3.3.2 发酵时间对发酵的影响  83-84
      3.3.3 初始糖浓度对发酵的影响  84-85
      3.3.4 发酵温度对发酵的影响  85-86
      3.3.5 接种量对发酵的影响  86-87
    3.4 发酵培养基的优化  87-89
      3.4.1 发酵培养基中七水合硫酸镁的添加量对发酵的影响  87-88
      3.4.2 发酵培养基中硫酸铵的添加量对发酵的影响  88-89
    3.5 浒苔和甘蔗渣酶解液的发酵结果比较  89-91
  4 本章小结  91-92
  参考文献  92-93
结论与展望  93-94
致谢  94-95
作者简介  95-96
在学期间发表的学术论文与研究成果  96

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 基本有机化学工业 > 脂肪族化合物（无环化合物）的生产 > 脂肪族醇（醇、羟基化合物）及其衍生物 > 脂肪族醇 > 饱和一元醇 > 乙醇（酒精）
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