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(jīng)過預處理、水解、發(fā)酵就能生產(chǎn)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(zhì)素的復合結(jié)構(gòu)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(chǎn)過程中技術(shù)最不成熟，是限制纖維素生物質(zhì)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(zhì)能源的工業(yè)化生產(chǎn)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(zhì)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(shù)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(guān)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(jié)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(jīng)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(jié)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(jié)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(jīng)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(jié)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(zhì)量損失增大，結(jié)晶度降低;2）變色栓菌預處理竹材的木質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)素的含量呈負相關(guān)關(guān)系，即木質(zhì)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(zhì)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(zhì)素能力，處理后的竹材相對結(jié)晶度減小;H2SO4主要分解半纖維素，預處理后的竹材相對結(jié)晶度增大;2）竹材經(jīng)不同方法預處理，水解后固體剩余物中木質(zhì)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(jīng)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，