發(fā)布時間：2020-10-26 19:32

　　 纖維素乙醇對于優(yōu)化能源結構、改善生態(tài)環(huán)境和促進農業(yè)發(fā)展具有重要作用。我國提出2025年力爭纖維素乙醇實現(xiàn)規(guī)模化生產,但木質纖維素發(fā)酵生產乙醇的過程還存在很多技術瓶頸。在木質纖維素酶解階段,存在酶解效率低、酶解成本高等問題,導致后續(xù)發(fā)酵所得乙醇產率低、乙醇分離成本高。添加表面活性劑作為酶解助劑不僅操作簡單,還可以有效提高酶解效率和減少纖維素酶用量。木質素磺酸鈉和十六烷基三甲基溴化銨復配能夠有效強化木質纖維素酶解;木質素磺酸季銨鹽和甜菜堿等兩性離子表面活性劑不僅能夠強化木質纖維素酶解,還可用于回收纖維素酶。本文通過研究木質素磺酸鈉(SL)和十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)復配、木質素磺酸季銨鹽(SLQA)、十二烷基二甲基甜菜堿(BS-12)對玉米芯殘渣高固酶解發(fā)酵的酶解效率、乙醇產率、酵母細胞活性等影響,進一步揭示了兩性離子表面活性劑對高固酶解發(fā)酵的影響機理。(1)SL和CTAB復配表面活性劑能夠減少纖維素酶在木質素上的無效吸附,強化酶解,提高可發(fā)酵糖濃度。雖然SL和CTAB復配表面活性劑對葡萄糖發(fā)酵有抑制作用,但木質素能夠吸附溶液中游離的CTAB,減少了SL和CTAB復配表面活性劑對菌種發(fā)酵葡萄糖的抑制作用,因此SL和CTAB復配表面活性劑能夠強化木質纖維素高固發(fā)酵。(2)SLQA不僅能夠提高木質纖維素酶解的糖濃度,而且還能提高發(fā)酵的乙醇產率。SLQA能夠通過減少纖維素酶在木質素上的無效吸附強化木質纖維素酶解,提高可發(fā)酵糖濃度,進而促進木質纖維素乙醇發(fā)酵過程。SLQA的三維網絡結構使得其難以穿透細胞膜,因此對酵母細胞膜和酵母生存活力沒有明顯影響。(3)添加1 g/L BS-12能夠提高木質纖維素的酶解效率和乙醇產率,添加5 g/L BS-12雖然能夠提高酶解效率,但是降低了乙醇產率。這是因為BS-12能夠損傷酵母細胞膜進而抑制發(fā)酵過程,但其對發(fā)酵的抑制作用受木質素對其吸附的影響。添加1 g/L BS-12時,木質素能夠吸附大部分BS-12,降低了溶液中BS-12的濃度,同時減少了纖維素酶的無效吸附,使得添加1 g/L BS-12能夠強化玉米芯殘渣高固酶解發(fā)酵;添加5 g/L BS-12時,木質素吸附能力有限,溶液中游離的BS-12對發(fā)酵有一定抑制作用。本文研究了兩性離子表面活性劑對木質纖維素高固酶解發(fā)酵過程的影響及其機理。研究結果有助于推動兩性離子表面活性劑特別是木質素兩性離子表面活性劑在強化酶解和發(fā)酵中的應用,同時也有利于實現(xiàn)木質素的高值化利用。
【學位單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TQ223.122;TQ920.6
【部分圖文】：

圖 1-1 植物細胞壁結構模型圖[18]Fig. 1-1 structure model of plant cell wall[18]是一類異質多糖的總稱，通常有短的側鏈，是多分支的低分胞壁的初生壁和次生壁中，往往與木質素和纖維素結合在一壁強度的作用[22]。不同來源的植物種類、地理位置、取材部維素的結構也不同。半纖維素主要是由糖酸、己糖（半乳糖糖（木糖、阿拉伯糖）組成[23]。禾本科植物的半纖維素主要阿拉伯木聚糖構成；針葉木植物的半纖維素主要是由阿拉伯糖甘露聚糖構成；闊葉木植物的半纖維素則主要由葡萄糖甘糖構成。由于半纖維素主鏈糖基不僅成分復雜，其連接的方中通常含有較多帶有不同支鏈的復合聚糖[23]，因此沒有能夠型。同纖維素比較而言，由于半纖維素聚合度較低，結晶區(qū)地將其降解產生單糖和低聚合度多糖[24]。

120]中報道的纖維素酶 CTec2 中主要組分的分子量將 CTec2 組中部分條帶進行歸屬和標記，將其標于圖 3-3 左側。由圖 3-3 可知，SL 和 CTAB 復配能夠在一定程度上減少多個纖維素酶組分在木質素上的吸附。對照組的β-GL 完全吸附于木質素上，添加 SL 和 CTAB 復配表面活性劑能夠很大程度上降低β-GL 在木質素上的吸附，但是對于 EG IV、EG III、EG V、Xyn等纖維素酶組分在木質素上的吸附影響不大。由此可見，SL 和 CTAB 復配表面活性劑對于減少不同纖維素酶組分在木質素上的無效吸附作用效果是不同的，這也是其對于強化木質纖維素酶解作用有限的原因之一。3.2.2 SL 與 CTAB 復配對玉米芯殘渣半同步高固酶解發(fā)酵的影響SL 和 CTAB 復配表面活性劑能夠促進木質纖維素酶解，但是在木質纖維素酶解過程中添加的 CTAB 是一種陽離子季銨鹽型表面活性劑，可能會影響后續(xù)的微生物發(fā)酵過程中

圖 3-7 SLQA 對木質素吸附纖維素酶的影響Fig. 3-7 Effect of SLQA on the adsorption of cellulase on lignin3-7中CTec2 組條帶為纖維素酶溶液條帶，Marker組為標準蛋白質的條帶質素吸附纖維素酶達平衡后上清液中纖維素酶的條帶，SLQA 組為添加了質素磺酸季銨鹽后木質素吸附纖維素酶達到平衡時上清液中纖維素酶的條文獻[119, 120]中報道的纖維素酶 CTec2 中主要組分的分子量將 CTec2 組中歸屬和標記，將其標于圖 3-7 左側。圖 3-7 可知，SLQA 能夠在一定程度上減少 CBHI、CBHII、EGI、EGII、 多種纖維素酶組分在木質素上的吸附，但是其對于β-GL、EG V、Xyn 纖木質素上的吸附影響不大，添加較高濃度的 SLQA 能夠更好地減少木質素無效吸附。由此可見，SLQA 對于減少不同纖維素酶組分在木質素上的無果是不同的，這也是 SLQA 對于強化木質纖維素酶解作用有限的原因之一
【參考文獻】

相關期刊論文 前3條

1 石元春;;中國生物質原料資源[J];中國工程科學;2011年02期

2 羅鵬;劉忠;;表面活性劑對麥草同步糖化發(fā)酵轉化乙醇的影響[J];過程工程學報;2009年02期

3 衛(wèi)云路;鄭成;寧正祥;;表面活性劑作為發(fā)酵促進劑的國內外研究進展[J];化工進展;2008年07期

相關博士學位論文 前1條

1 孫曉琦;硬質闊葉木木質纖維素乙醇發(fā)酵的研究[D];北京林業(yè)大學;2013年

本文編號：2857431