植物秸秆高温处理与降解转化关系的研究

论文总字数：18401字

摘 要

本研究选取芒草和水稻为材料，分析其细胞壁主要成分，纤维素、半纤维素、木质素含量变化较大，芒草平均值：27.53±1.27,20.53±1.55，25.48±2.28（%干重），水稻平均值25.35±1.54,13.62±1.25,15.06±1.43（%干重），水稻可溶性糖含量较高；高温预处理可以提高纤维素降解转化效率，芒草不同材料之间总糖产率差异较大，五碳糖和六碳糖产率接近，体现出细胞壁结构的多样性，水稻不同材料之间差异较小，水解液以六碳糖为主；高温处理后，水稻的酶解产糖率高于芒草。

关键词：芒草，水稻，高温预处理，酶解效率

Abstract: Biofuels as an ideal replacement of fossil fuel energy, its clean and renewable. But the cell wall complex internal crosslinking structure, make lignocellulose constitutes a natural resistance to degradation of the structure, so the cell wall structure research and its relationship with degradation of transformation is very necessary.

This study selected miscanthus and rice as the materials, main component analysis of the cell walls, cellulose, hemicellulose, and lignin content change is bigger, miscanthus average: 27.53± 1.27, 20.53 ±1.55, 25.48 ± 2.28 dry weight (%), rice (average 25.35 ±1.54, 13.62 ±1.25, 15.06 ±1.43 dry weight (%), rice soluble sugar content is higher; High temperature pretreatment can improve the efficiency of transformation of cellulose degradation, miscanthus total sugar yield differences between different materials, five six carbon carbon sugar and sugar yield close to reflect the diversity of the cell wall structure, rice little differences between different materials, the hydrolysate is given priority to with six carbon sugar; enzymatic hydrolysis of rice sugar rate is higher than miscanthus，After high temperature treat rice .

Keywords: Miscanthus，Rice， High temperature-pretreatment，Enzymatic hydrolysis

目 录

1 文献综述 1

1.1 生物质能 1

1.1.1 生物质概述 1

1.1.2 生物质能发展现状 1

1.2 植物细胞壁的结构 2

1.2.1 纤维素 3

1.2.2 半纤维素 3

1.2.3 木质素 4

1.2.4 果胶 4

1.2.5 细胞壁主要成分的连接方式 4

1.3 生物质降解转化 5

1.3.1 生物质降解转化流程 5

1.3.2 生物质预处理方式 5

1.4 本研究目的意义 7

2 材料与方法 7

2.1 实验材料 7

2.2 实验方法 8

3 结果与分析 12

3.1 细胞壁成分测定 12

3.1.1 六碳糖、五碳糖标准曲线 12

3.1.2纤维素、半纤维素、木质素测定 13

3.2 高温预处理降解转化效率 14

3.2.1 酶浓度预实验 14

3.2.2 纤维素降解效率 16

3.2.3 可溶性糖 17

3.2.4 直接酶解 18

3.3 高温预处理酶解实验 20

3.3.1 芒草高温预处理 20

3.3.2 水稻高温预处理酶解实验 21

3.3.3 水稻高温处理酶解48小时产糖效率 23

结论 26

参考文献 27

致谢 28

1 文献综述

人类目前主要能源是煤、石油和天然气等矿物资源，然而不可再生，且储量有限，随着人类日益增长的物质需求、社会和经济的迅猛发展，这些能源出现了短缺的现象。加之人类利用技术的缺陷，不能充分地利用这些资源，引起了温室效应、酸雨以及光化学烟雾等环境污染问题。能源问题已经成为当今世界各国国家安全和经济社会可持续发展的核心问题之一，是全球所关注的焦点^[1]。故新能源的开发迫在眉睫。

秸秆是一种非常丰富的木质纤维素原料，如果能将秸秆作为一种生物质能来开发和利用，那么这不仅能解决废弃秸秆的去处，也能解决新能源的来源。

1.1 生物质能

1.1.1 生物质概述

目前生物质用于转化生物能源的狭义上是指：废弃的秸秆、树木等木质纤维素以及下脚料等废弃物质，这些生物质具有可再生性、低污染性和广泛分布性等特性^[2]。生物质的能源来源于太阳，是太阳能最主要的吸收器和储存器。每年，绿色植物利用光合作用储存的能量相当于人类能源消耗的5-10倍，如果能够很好地利用好这部分资源，生物质能将是人类取之不尽的资源宝库^[3]。

1.1.2 生物质能发展现状

化石燃料的迅速减少、能源需求的不断增长、化石燃料不充分燃烧造成的环境污染和温室效应是人类目前面临的巨大挑战，可再生能源将会是未来可持续发展关注的重点。作为一种清洁的可再生能源，生物能源将成为可在生能源的最主要能源之一，而将生物资源降解转化出生物乙醇是生产生物能源的重要途径。目前，全世界范围内规模化生产的生物乙醇主要有两种来源，一类是以巴西为代表的以甘蔗为材料转化，另一类是以美国为代表的以玉米淀粉为材料转化，两者作为第一代生物乙醇初步改变单纯依赖石油的现状，但是甘蔗和玉米淀粉都是农作物，过量用于能源生产会加剧粮食危机，原料供应有限，不具更大的发展潜力^[4]。若以农业废弃秸秆为原料转化生产纤维乙醇，既可解决能源危机，又可避免加剧粮食短缺的问题。因此， 近十年来，以木质纤维素为原料的第二代生物乙醇已成为各国研究的热点。

对以木质纤维素为原料生产生物乙醇各步骤做了大量研究后，发现纤维乙醇的转化依然相当低效，主要是因为植物细胞壁在亿万年进化中形成的复杂结构，使细胞壁具有抗微生物和酶降解的特性，称之为生物质抗降解屏障。

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