乙醇燃料的研究论文

太大了 给你复制点吧水稻秸秆纤维素发酵转化燃料乙醇的研究摘要我国水稻秸秆资源丰富，年产量达3亿多吨。利用水稻秸秆生产燃料乙醇，对来我国能源问题、实现节粮代粮和环保有着巨大的潜力和广阔的应用前景。水稻秸要成分是纤维素，对纤维素的利用最主要的限制性因素是将纤维素转化为可发酵还解决的办法主要有两类途径:(l)提高纤维素酶生产的经济性，主要涉及纤维素酶高获得及纤维素酶的生产技术，提高其合成效率以降低单位纤维素酶生产成本;(2)提素酶利用效率，主要涉及纤维素酶解催化过程，以降低单位可发酵还原糖生产成本本研究从菌种的选育着手，研究了菌株的产酶特性，用响应面策略优化发酵培养基，了SL发酵罐分批发酵生产高活力纤维素酶技术;分离纯化了纤维素酶;构建了代二糖的酿酒酵母工程菌;对酿酒酵母工程菌细胞固定化发酵进行了研究，利用二级生物反应器祸合系统生物协同酶解水稻秸秆发酵生产燃料乙醇等。主要研究结果如1.筛选到一株纤维素酶高产菌株(PenicilliumYT01)，原生质体紫外诱变后变株YT02，YT02以水稻秸秆为碳源，豆饼粉和硫酸钱为氮源，在29”c，初始p酵12Oh，纤维素酶活力达到最高，摇瓶发酵滤纸酶活(FPA)、CMC酶活(CMcas葡萄糖昔酶活(CB)分别达、和。2.用响应面方法(RSM)优化的发酵培养基组成为:水稻秸秆为留L，为，数皮为叭，困H4)2504、KHZpO4为4g/L，MgSO;为;起始以优化的培养基发酵120h，滤纸酶活、cMc酶活和p一葡萄糖普酶活分别达到IU/mL、。远高于优化前的纤维素酶活水平。3.在SL发酵罐中研究了温度、pH值和溶氧对菌体生长和产酶的影响，确定发酵的工艺条件为:0一32h时发酵温度犯”C，溶氧70%;犯h至1加h发酵结果发29oc，溶氧50%，发酵液初始pH值，发酵%h滤纸酶活、CMC酶活和p一葡酶活分别达到、，均高于摇瓶发酵水平，酵动力学过程显示，突变菌YT02菌体生长和纤维素酶各组分均为部分祸联。4.利用DEAEsephadexA一25和sephadexG一75分离纯化了二个内切葡(CMCase)和一个p一葡萄糖营酶，CMCase纯化倍数为，回收率为，糖昔酶纯化倍数为，回收率为，经SDS一PAGE得到单蛋白分子条带，I、沪’_心钳3卜“’门尸，..量测定分别为73kDa、43kDa和，并对其进行了N端测序和质谱分析。5.以生产乙醇性能优良的酿酒酵母菌株NAN一27作为工程菌株的受体菌。利用能良好的多拷贝整合型载体pYMIKP，使纤维二糖代谢基因BGLI整合到酿酒酵母体上。从而在酿酒酵母工业菌株中建立了稳定的纤维二糖代谢途径，拓展了酒精生物利用范围，降低了纤维二糖对纤维素酶解的抑制作用。采用海藻酸钙凝胶包埋固纤维二糖酿酒酵母工程菌，固定化细胞与游离细胞相比，发酵时间缩短，乙醇产率提以上，并能有效地利用水稻秸秆水解液进行酒精发酵。6.对水稻秸秆酶解过程中底物性质、酶解温度、酶解pH、底物浓度及纤维素等关键因子进行了研究。由于YT02纤维素酶系中纤维二搪酶活力较低(CB/F队为经稀酸稀碱预处理后的水稻秸秆纤维素对乙醇转化率仅为18%。采用代谢纤维二糖母工程菌游离细胞发酵，可部分去除纤维二糖对酶解的抑制，水稻秸秆纤维素对乙率可提高至20%。进一步利用采用海藻酸钙凝胶包埋固定代谢纤维二糖酿酒酵母工酵，水稻秸秆纤维素对乙醇转化率可达26%。这方面的研究结果有助于深入了解纤的协同降解机制。7.将纤维原料的酶解、固定化代谢纤维二搪酿酒酵母工程菌的作用有机祸联，新型的二级串联式生物反应器，在该反应器体系的协同作用下，可有效解除纤维二萄糖对纤维素酶的反馈抑制作用，促进纤维原料水稻秸秆的酶水解，发酵40h，乙达留L，纤维素对乙醇的转化率达(纤维素对乙醇的理论转化率为是游离细胞同时糖化发酵(SSF)的倍，生产效率达留(Lh)。采用分批添料酶解发酵工艺，可提高纤维底物的终浓度达250岁L，产物乙醇的终浓度留L，高了纤维素酶的利用率和乙醇生产效率，降低乙醇的生产成本。该反应器性能稳定效率高，固定化细胞可以重复使用，便于自动化控制。关键词:纤维素酶，水稻秸秆，酿酒酵母，燃料乙醇，串联式生物反应器目录摘要..............................................................……ABSTRACT..........................................................……IH第一章文献综述l水稻秸秆资源及其降解方式............................................……水稻秸秆的组成与结构..…，................................……，.……水稻秸秆的预处理..................................................……物理方法预处理水稻秸秆..........................................……化学方法预处理水稻秸秆..........................................……生物方法预处理水稻秸秆..........................................……水稻秸秆纤维素的降解方式..........................................……水稻秸秆的酸水解................................................……水稻秸秆的酶水解................................................……52纤维素酶的性质与用途................................................……纤维素酶的多酶体系................................................……纤维素酶的分子结构................................................……纤维素酶的作用机理................................................……纤维素酶的分子量大小.............................................……纤维素酶的最适反应条件与稳定性...................................……纤维素酶的应用...................................................……H3纤维素酶的生产.....................................................……纤维素酶的生产菌种选育...........................................……纤维素酶的生产...................................................……144水稻秸秆原料生物转化燃料乙醇.......................................……燃料乙醇的优越性和使用现状.......................................……水稻秸秆纤维素生物转化燃料乙醇的方法.............................……分步水解发酵法生产燃料乙醇.....................................……同步糖化发酵法生产燃料乙醇.....................................……固定化细胞发酵生产燃料乙醇.....................................……酉良酒酵母途径工程应用于燃料乙醇的生产.............................……175本研究的目的、意义和主要内容.......................................……本研究的目的和意义...............................................……本研究的思路和技术路线...........................................……本研究的主要内容.................................................……21第二章纤维素酶高产菌株的选育及产酶条件研究.........................……231材料与方法..........................................................……材料.............................................................……试剂与溶液配制.................................................……器菌种与菌种分离源...............................................……培养基.........................................................……主要仪器与设备.................................................……方法.............................................................……水稻秸秆的预处理...........................……，.，...........……纤维素酶高产菌的分离与纯化.....................................……纤维素酶高产菌的初步鉴定.......................................……纤维素酶高产菌的原生质体紫外诱变...............................……产纤维素酶的液体发酵培养方法...............................……不同预处理水稻秸秆的酶水解.....................................……分析方法.......................................................……272结果与分析.........................................................……不同预处理水稻秸秆的各组分含量...................................……纤维素酶高产菌的分离与筛选.......................................……纤维素高产菌YT01的菌种鉴定......................................……纤维素酶高产菌YT01的原生质体紫外诱变............................……液体发酵培养基成分与发酵条件对YT02产纤维素酶的影响..............……不同碳源对YT02产酶的影响......................................……不同预处理水稻秸秆对YT02产酶的影响............................……不同氮源对YT02产纤维素酶的影响................................……微晶纤维素添加量对YT02产纤维素酶的影响........................……不同无机盐对YT01产纤维素酶的影响..............................……起始pH对YT01产纤维素酶的影响.................................……装液量对YT02产纤维素酶的影响..................................……转速对YT02产纤维素酶的影响....................................……培养温度对YT02产纤维素酶的影响................................……接种量对YT02产纤维素酶的影响.................................……培养时间对YT02产酶的影响.....................................……纤维素酶的酶学性质研究...........................................……温度对纤维素酶各组分酶活的影响................................……对纤维素酶各组分酶活的影响..................................……纤维素酶对不同预处理水稻秸秆的酶解试验...........................……423结论与讨论...............................................··········……4:关于筛选出的纤维素酶高产菌株....................................……4:纤维素酶生产菌的改造............................................……招青霉YT02产酶条件与酶学特性.....................................……44第三章YT02产纤维素酶发酵培养基的优化研究..........................……451材料与方法....................................···.·················……材料.............................................................……试剂................................................·.·.·······……供试菌种.......................................················……培养基................................................·········……主要仪器与设备.................................................……方法.............................................................……4尽实验设计.............................................··········……培养方法.............................................··········……分析方法.......................................................……462结果与分析..............................................···········……部分因子实验筛选发酵培养基的主要影响因子.........................……最陡爬坡实验逼近发酵培养基最优点.................................……中心组合设计优化YT02发酵培养基组成..............................……发酵过程中PH、残余还原糖与纤维素酶变化的测定结果.................……593结论与讨论...................................……，...............……61第四章YT02分批发酵产纤维素酶的研究................................……63材料与方法.........................................................……材料.............................................................……试剂...........................................................……菌株...........................................................……培养基.........................................................……娜.主要仪器.......................................................……64方法.....................·······…….1用于分批发酵的种子培养.........…….…64.…恒温分批发酵对YT02产纤维素酶的影响.............................……变温分批发酵对YT02产纤维素酶的影响.............................……溶氧量对YT02分批发酵产纤维素酶的影响...........................……分段溶氧对YT02分批发酵产纤维素酶的影响.........................……分析方法.......................................................……652结果与分析.........................................................……发酵温度对YT02产纤维素酶的影响结果..............................……变温发酵对YT02产纤维素酶的影响结果..............................……溶氧对YT02产纤维素酶的影响结果..................................……分段溶氧分批发酵对YT02产纤维素酶的影响结果......................……723结论与讨论.........................................................……73第五章YT02产纤维素酶的分离纯化及酶学性质研究...........……以U（b叮‘叮‘（bt了叮‘叮‘材料与方法….1材料.…….试验材料..主要试剂.....……76.....……常用储备液及缓冲液....................................……主要仪器........................................................……方法..............................................................……蛋白质浓度的测定方法...........................................……纤维素酶的分离纯化.............................................……纤维素酶SDS一PAGE凝胶电泳纯化及酶相对分子量的测定..............……酶蛋白的N端测序...............................................……酶蛋白的质谱分析...............................................……862结果与分析.........................................................……一SephadexA一25阴离子交换层析结果.............................……层析收集管酶蛋白同洗脱缓冲液NaCI浓度的关系.....................……层析收集管酶蛋白活性检测.......................................……即hadexG一75分子筛凝胶过滤层析结果..............................……一75分子筛凝胶过滤层析分离酶蛋白......................……分子筛凝胶过滤层析纤维素酶活测定结果...........................……纤维素酶各纯化步骤纯化情况.......................................……一PAGE聚丙烯酸胺凝胶电泳.......................................……一PAGE聚丙烯酸胺凝胶电泳银染结果.............................……纤维素酶分子量SDS一PAGE凝胶电泳测定结果........................……酶蛋白的N端测序结果.............................................……酶蛋白的质谱分析结果.............................................……933结论与讨论.........................................................……94第六章酿酒酵母纤维二糖代谢途径的构建及其细胞固定化研究.............……96材料和方法................................................·········……%1材料.............................................................……菌株和质粒.....................................................……分子克隆用酶和试剂.............................................……水稻秸秆水解液的制备...........................................……972方法.............................................................……含纤维二糖酶基因(及咒1)的重组质粒pYMIKP一那艺了的构建方法.......……酿酒酵母纤维二糖代谢途径的搭建方法.............................……酿酒酵母工程菌细胞的固定化方法................................……固定化酵母细胞发酵方法........................................……分析方法......................................................……1022结果与分析........................................................……表达及范了基因的重组菌株的构建结果...............................……目的基因及法了的获得...........................................……含目的基因那Z了重组质粒的构建.................................……酿酒酵母工业菌株NAN一27转化子的获得二，........................……转化子NAN一28细胞纤维二糖酶活性测定结果.......................……1()不同固定化条件对NAN一28细胞固定化的影响结果.....................……不同溶剂对固定化细胞转化纤维二搪的测定结果......……，.......……不同海藻酸钠浓度对固定化细胞凝胶特性的影响....................……l()酵母包埋量对固定化细胞转化纤维二糖的影响结果..................……!固定化细胞与游离细胞分批发酵实验结果............................……l()固定化细胞重复分批发酵试验结果..................................……1073结论与讨论........................................................……酉良酒酵母纤维二糖代谢途径的构建.................................……酿酒酵母工程菌细胞固定化.......................................……110第七章串联式生物反应器转化水稻秸秆生产燃料乙醇的研究..............……112材料与方法........................................................……112l材料......................................……，..............……试剂.........................................................……菌种.........................................................……主要仪器与设备...............................................……1122方法...........................................................……稻草粉的预处理................................................……纤维素酶的制备................................................……稻草粉的酶解糖化..............................................……水稻秸秆生物转化燃料乙醇......................................……测定方法......................................................……115vi2结果与分析........................................................……不同预处理方法对水稻秸秆糖化效果的影响结果......................……不同温度对水稻秸秆糖化效果的影响结果............................……不同pH对稻草粉糖化效果的影响结果...............................……不同加酶量对稻草粉糖化效果的影响结果............................……不同底物浓度对稻草粉糖化效果的影响结果..........................……水稻秸秆同步糖化发酵(SSF)结果.................................……串联式反应器转化水稻秸秆生产乙醇................................……固定化NAN一28细胞发酵生产燃料乙醇结果.........................……串联式生物反应器的稳定性结果..................................……分批添料式协同酶解发酵生产燃料乙醇结果........................……1223结论与讨论......................................................··……二级串联式生物反应器生产乙醇....................................……分批添料式协同酶解发酵工艺......................................……水稻秸秆资源的全利用............................................……123第八章结论.....................................................……124主要参考文献......................................................……126英文缩写与主要符号表...............................................……146本研究的特色与创新.................................................……147发表与待发表的学术论文及成果.......................................……148致谢............................................................……149作者简介..........................................................……150你要看哪部分？