论文部分内容阅读
本论文围绕玉米秸秆亚硫酸氢镁预处理技术展开研究,探讨了玉米秸秆生物炼制生产燃料乙醇过程中的关键参数进行了探讨,如预处理玉米秸秆的组成结构,酶解性能和预处理玉米秸秆酶解糖化技术及发酵制备乙醇工艺等。并在此基础上,建立了一种清洁、高效的以亚硫酸氢镁为核心的木质纤维原料预处理技术。亚硫酸氢镁预处理能有效脱除玉米秸秆中的木质素、半纤维素组分,对纤维素破坏较小,并且不改变玉米秸秆的化学结构。在亚硫酸氢镁浓度5.27%(w/v)、亚硫酸镁:亚硫酸=1:4(pH=5.13,催化主体为亚硫酸氢镁)、预处理温度170 oC下保温60 min的条件下,玉米秸秆木质素、半纤维素脱除率分别达到89.09%、80.28%。预处理玉米秸秆在纤维素浓度30 g/L、纤维素酶用量15 FPU/g纤维素、β-葡萄糖苷酶用量30 IU/g纤维素,50 oC,150 rpm条件下酶解48 h,酶解率为90.44%。添加PEG会略微降低木质素脱除率,但有助于酶解效率的提高。当PEG6000用量为0.08 g/g纤维素时,预处理玉米秸秆的酶水解性能提升达到9.07%。建立了以亚硫酸氢镁预处理玉米秸秆为底物的高浓度酶解工艺。纤维素酶用量为20 FPU/g纤维素、β-葡萄糖苷酶用量为40 IU/g纤维素条件下,采用机械搅拌分批补料一次加酶方式酶解30%底物浓度预处理玉米秸秆,经96 h酶解,酶解液中葡萄糖浓度为160.84 g/L,纤维二糖浓度为31.78 g/L,木糖浓度为24.30g/L,酶解率为72.83%。并发现证实了亚硫酸氢镁预处理玉米秸秆高浓度酶解工艺中存在较为严重的β-葡萄糖苷酶的转糖苷作用。针对亚硫酸氢镁预处理玉米秸秆技术进行了玉米秸秆预处理酶解制取乙醇的物料衡算。使用低底物浓度酶解工艺,每千克原料玉米秸秆可得到167.2 g乙醇,相当于每千克乙醇需要5.98 kg原料玉米秸秆。使用高底物浓度酶解工艺,每千克原料玉米秸秆可得到111.6 g乙醇,且浓度为62.08 g/L,相当于每千克乙醇需要8.96 kg原料玉米秸秆,酶解液中有较多酵母不可利用的纤维二糖。