利用生物預處理提高竹材酶水解葡萄糖得率的研究.pdf

1、纖維素材料經過預處理、水解、發(fā)酵就能生產纖維素乙醇。預處理是將植物細胞壁中纖維素、半纖維素和木質素的復合結構分解，使后期水解更易進行，但預處理在整個纖維素乙醇生產過程中技術最不成熟，是限制纖維素生物質高值化利用的瓶頸之一，因此找到合適的預處理方法對推動生物質能源的工業(yè)化生產具有重要意義。竹材具有資源量大、可再生等優(yōu)點，是制造纖維素乙醇的優(yōu)秀原料，同時竹材中可溶性糖類、淀粉、蛋白質含量較高，易受到真菌侵蝕，有利于進行生物預處理。因此本論文

2、對竹材的真菌預處理技術進行了初步研究。
　　 以1年生慈竹(Neosinocalamus affinis)、硬頭黃竹(Bambusa rigida Keng et Keng f.)、云南龍竹（Dendrocalamusyunnanicus）、撐篙竹（Bambusa pervaniabilis）為實驗材料，以密粘褶菌(Gloeophyllum trabeum(Pers.) Murrill）、彩絨革蓋菌（Coriolus versi

3、color）、綿腐臥孔菌(Postia placenta)、球毛殼菌（Cheatomium globosum）、變色栓菌（Trametesversicolor）、黃孢原毛平革菌（Phanerochaete chrysosphorium）等為實驗菌種，分別在兩種不同培養(yǎng)基上，對竹材進行生物預處理實驗，探討不同竹種、菌種、預處理時間、水解時間、培養(yǎng)基對竹材酶水解葡萄糖得率的影響，初步篩選出適合竹材真菌預處理的菌種、培養(yǎng)條件及預處理時間，同時

4、分析竹材材性與酶水解葡萄糖得率的關系、預處理過程竹材的物理化學變化，比較真菌預處理和化學預處理方法的優(yōu)劣。主要的研究結論歸納如下:
　　 竹材真菌預處理優(yōu)選條件:1）預處理菌種:變色栓菌和密粘褶菌的預處理對竹材纖維素酶水解有促進作用，葡萄糖得率能提高2.3％～7.0％;而彩絨革蓋菌、綿腐臥孔菌、球毛殼菌、黃孢原毛平革菌對竹材預處理的效果不佳。2）預處理培養(yǎng)基:使用河砂鋸屑培養(yǎng)基進行預處理的效果較好。6種真菌分別對4種竹材的預處理

5、，河砂鋸屑培養(yǎng)基比PDA培養(yǎng)基處理材的葡萄糖得率高2％～8％。3）最適預處理時間:變色栓菌為28 d，密粘褶菌為42 d;最適宜工藝:變色栓菌在河砂鋸屑培養(yǎng)基處理28 d，再經20 FPU/g纖維素酶水解48 h。竹材材性對葡萄糖得率的影響:1）竹材材性的種間變異較大，實驗用4種竹材的密度在0.58～0.60 g/cm3;相對結晶度在39.69％～52.05％之間;纖維組織比量在38.47％～44.05％之間;2）實驗用4種竹材天然耐腐

6、性由大到小為:慈竹＞硬頭黃竹＞云南龍竹＞撐篙竹。竹材的天然耐腐性隨密度、相對結晶度、纖維組織比量的減小而降低。而天然耐腐性越低的竹材，經真菌預處理后葡萄糖得率越高;3）優(yōu)先選用纖維組織比量小、密度小、結晶度小或者天然耐腐性差的竹材作為生物預處理的原料。
　　 竹材生物預處理過程中的物理化學變化:1）隨預處理時間的延長，竹材的質量損失增大，結晶度降低;2）變色栓菌預處理竹材的木質素和綜纖維素紅外吸收峰強度比隨預處理程度增強呈下降趨

7、勢，而密粘褶菌預處理竹材呈上升趨勢。3）隨預處理時間的延長，竹材纖維素和木質素的含量減少。4）變色栓菌預處理能造成竹材3種主成分的分解，并且對木質素的分解能力更強。密粘褶菌的侵蝕主要破壞竹材綜纖維素。5）木質素的存在會阻礙纖維素酶水解。竹材酶水解葡萄糖得率與木質素的含量呈負相關關系，即木質素含量越大，酶水解葡萄糖得率越少。6）要提高真菌預處理效率，應選用能選擇性降解木質素的菌種。
　　 竹材化學與生物預處理方法的比較:1）NaO

8、H溶液有很強的脫木質素能力，處理后的竹材相對結晶度減小;H2SO4主要分解半纖維素，預處理后的竹材相對結晶度增大;2）竹材經不同方法預處理，水解后固體剩余物中木質素含量最大的為NaOH預處理，其次是H2SO4預處理，最后是變色栓菌預處理和密粘褶菌預處理，表明NaOH預處理竹材的酶水解最徹底;3）經酸、堿、真菌預處理竹材的酶水解液的主要成分是葡萄糖和少量的木糖。不論采取何種預處理方法，4種竹材中糖得量最高的均為撐篙竹；4）不同預處理方法，