臭氧和球磨预处理提高玉米秸秆酶解糖化率的研究

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1、分类号密级硕士学位论文题目：臭氧和球磨预处理提高玉米秸秆酶解糖化率的研究英文并列题目：Pretreatmentusingozonolysisandballmillingtoimproveenzymaticsaccharificationofcornstraw研究生：项和济专业：生物化学与分子生物学研究方向：生物大分子的结构、功能与制备导师：史锋副教授指导小组成员：王小元教授学位授予日期：2015年6月19日答辩委员会主席：吴敬教授江南大学地址：无锡市蠡湖大道1800号二○一五年六月独创性声明本人声明所呈交

2、的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取辱的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文尹不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人为获得江南弋学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志叶本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。签名：I灸务畸曰期：>/j:年〈月〇曰关于论文使用授权的说明本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规定：I：南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允午论文被查阅和借阅，可以将

3、学位论文的全部或部分内容编入有关数据库注行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文,并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。签名：咏舍_导师签名：立’叫―曰期：年<月，

4、曰摘要摘要随着经济和社会的发展，人类对能源的需求导致传统的化石能源日益枯竭，开发非石油依赖性的能源十分重要。利用木质纤维素为原料生产的生物燃料乙醇具有高效、环保和可再生的优点，但是木质纤维素结构复杂，必须要通过预处理来降解木质素，并打破纤维素的结晶结构，增加酶与纤维素的可及性，从

5、而提高它的酶解糖化率。本文研究了臭氧预处理和行星式球磨预处理方法，分析了这两种方法单独处理以及结合处理对玉米秸秆酶解的影响。主要内容和结果如下：（1）单独利用行星式球磨机处理玉米秸秆，随着球磨时间的增加，秸秆的平均粒径逐渐减小、比表面积逐渐增大、纤维素的结晶度逐渐降低，8min为最优球磨处理时间。球磨8min样品（BM8）的纤维素和木聚糖的酶解率分别达到75.0%和45.3%，与原料相比，分别提高了3.3和4.1倍。从微观形态上看，与原料的致密纤维状结构不同，BM8的粒径显著变小，纤维状结构被破坏。（2）

6、单独利用臭氧处理玉米秸秆，可以有效降解秸秆中的部分木质素和少量木聚糖，90min为最优臭氧处理时间。臭氧处理90min样品（OZ90）酶解后的葡萄糖和木糖产量分别为152.9和81.9mg/g秸秆，与原料相比，分别提高了1.5和3.2倍；OZ90水洗后再酶解，葡萄糖产量提高到332.3mg/g秸秆，木糖产量也略微提高。微观形态分析表明，由于木质素的部分去除，OZ90表面变得粗糙，致密结构变得疏松，这些变化促进了酶解作用。（3）先用臭氧再用球磨进行预处理（OZ-BM）不但降解了部分木质素，还可以使样品的平均

7、粒径逐渐减小、比表面积逐渐增大、纤维素的结晶度逐渐降低。臭氧处理90min后再球磨处理8min的样品（OZ90-BM8）为最优的OZ-BM处理样品，它酶解后的葡萄糖和木糖产量分别达到407.8和101.9mg/g秸秆，比原料分别提高了6.6和5.2倍；比BM8的葡萄糖产量提高了54%，木糖产量略微提高；比水洗后的OZ90的葡萄糖产量和木糖产量分别提高了23%和13%。OZ90-BM8与BM8样品的微观形态类似，粒径显著变小，纤维状结构被破坏。（4）先用球磨再用臭氧预处理（BM-OZ）可以提高木质素去除率，

8、从而增加酶解后的糖产量。球磨处理1min后再臭氧处理90min的样品（BM1-OZ90）为最优的BM-OZ处理样品，它酶解后的葡萄糖和木糖产量分别达到373.2和82.5mg/g秸秆，比原料分别提高了5.1和3.2倍；比BM1分别提高了4.3和2.7倍；比水洗后的OZ90的葡萄糖产量提高了11%，但木糖产量略微下降。从微观形态上看，与OZ90相似，BM1-OZ90表面变得粗糙，致密结构变得疏松，这些变化促进了酶与纤维素的反应，提高了酶解率。（5）当酶解时的酶用量从15减少到1.5FPU/g秸秆时，预处理过

9、的样品BM8、OZ90、OZ90-BM8和BM1-OZ90的糖产量几乎不变，而原料的糖产量明显降低，因此BM和OZ预处理可以大幅降低酶用量。BM8、OZ90、OZ90-BM8和BM1-OZ90的酶解液可直接用于酿酒酵母发酵乙醇，糖醇转化率均达到90%以上。I摘要本论文采用臭氧与球磨结合预处理提高玉米秸秆的酶解率，它对环境无污染，反应条件温和，酶用量低，是一种十分有前景的预处理方法。关键词：玉米秸秆；球磨预处理；臭氧预处理；酶解