纖維素酶高效水解、回收再用與反應(yīng)機(jī)理的研究.pdf

1、纖維素酶高效水解、回收再用纖維素酶高效水解、回收再用與反應(yīng)機(jī)理的研究與反應(yīng)機(jī)理的研究HydrolysisIntensificationRecoveryReactionMechanismofCellulase一級學(xué)科：化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)科專業(yè)：化學(xué)工程研究生：張名佳指導(dǎo)教師：何志敏教授天津大學(xué)化工學(xué)院二零一零年十月i摘要針對燃料乙醇生產(chǎn)中酶解糖化工段低效率、高成本問題，本論文以農(nóng)林廢棄物玉米芯為原料，探究纖維素酶解歷程反應(yīng)機(jī)制，開發(fā)了多酶復(fù)

2、配工藝提高酶解效率，高濃底物反應(yīng)提高乙醇濃度，利用底物重吸附法實現(xiàn)了纖維素酶回收再用，最后考察了酶膜反應(yīng)器在木質(zhì)纖維素酶解工藝中的應(yīng)用。1.反應(yīng)機(jī)理研究：①純纖維素，以微晶纖維素和濾紙纖維素酶解過程固態(tài)剩余物為研究對象，利用色譜、光譜手段跟蹤酶解歷程，剖析酶解機(jī)理。發(fā)現(xiàn)CBH對纖維素結(jié)晶區(qū)逐層剪切，是酶效率低的主要原因；EG快速隨機(jī)剪切。底物在水解過程中剛性變大，分子間和分子內(nèi)氫鍵增強(qiáng)。②木質(zhì)纖維素，在微觀尺度考察了葡萄糖和木糖釋放動力

3、學(xué)曲線；介觀尺度測定固體殘余物分子量和分子尺寸分布、結(jié)晶度及氫鍵改變程度。2.多酶復(fù)配：纖維素酶和β葡萄糖苷酶適宜添加量分別為每克纖維素30FPU和30CBU。補(bǔ)加木聚糖酶或果膠酶可提高葡萄糖和木糖得率，果膠酶更優(yōu)，添加0.12mg蛋白，24h葡萄糖和木糖得率提高了12.9%和29.3%。3.高濃底物同步糖化共發(fā)酵：重組菌Z.mobilis可同時利用葡萄糖和木糖產(chǎn)醇；將該工程菌用于玉米芯同步糖化共發(fā)酵工藝中，通過條件優(yōu)化得初始底物濃度1

4、5%下，接種量0.30gL，pH5.5，30oC，乙醇濃度達(dá)49.24gL，乙醇得率85.18%；采用補(bǔ)料量為10%時，得到了高乙醇濃度為60.52gL。4.高濃底物同步糖化發(fā)酵：耦合預(yù)處理可去除大量半纖維素和木質(zhì)素，提高底物纖維素含量和體積密度，有利于高濃底物給料；H2SO4NaOH預(yù)處理，給料濃度19%，補(bǔ)料量每4h補(bǔ)料1%，共補(bǔ)料6%條件下，得96h乙醇濃度為84.7gL，大大超過了乙醇精餾經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行要求。5.SSF后酶的重吸附回

5、收：考察了酶解與SSF過程中纖維素酶的吸脫附行為；通過工藝條件優(yōu)化，得給料濃度15%，加酶量每克纖維素30FPU，pH5.0條件下，連續(xù)兩輪SSF單位反應(yīng)器中纖維素轉(zhuǎn)化和乙醇生產(chǎn)分別為未回收酶的2.1和1.8倍；纖維素酶劑量為每克纖維素45FPU時，兩輪乙醇濃度均保持在42gL，可實現(xiàn)兩輪半連續(xù)SSF生產(chǎn)。6.半連續(xù)分批補(bǔ)料酶膜反應(yīng)器的構(gòu)建及應(yīng)用：將半連續(xù)分批補(bǔ)料酶膜反應(yīng)器應(yīng)用于氨水浸泡和硫酸氫氧化鈉H2SO4NaOH玉米芯酶解反應(yīng)，單