纤维素酶酶解稻壳制备葡萄糖的工艺研究(附件)【字数：13666】
摘 要摘 要 能源是人类文明的先决条件,是经济增长和社会发展的重要物质基础。如今燃料乙醇已经是新能源中较为重视的一种生物能源了，它的发展趋势已经锐不可当。将燃料乙醇的制备生产引入工业化已经是世界上各个国家迫在眉睫的重要任务。稻壳作为废料（粮食副产物），它不仅属于木质纤维原料，而且也是可再生，清洁资源。因此，它作为生产燃料乙醇的原料对社会的可持续发展大有益处。将粮食副产物收集利用，这样可以避免在田间焚烧的大量秸秆带来的大气污染和生态环境的破坏,缓解能源危机,对我国经济和社会的可持续发展具有十分重大的意义。 在对稻壳进行提取葡萄糖进而发酵成乙醇的试验中，为了提高葡萄糖得率，我们先要从稻壳中提取出纤维素，破坏半纤维素及木质素的结构，所以先要进行实验准备步骤─预处理。预处理主要有四种方法，分别是高温高压、稀酸、稀碱和液氨。根据我国生产国情，环境限制，实验条件等种种因素，本实验采用稀酸预处理的方法。 纤维素酶酶解是从木质纤维原料提取出乙醇这整个实验过程中比较重要的一步。木质纤维原料组成中比重较多的是纤维素，其结构是十分紧密的，化学方法很难将其彻底水解且不破坏葡萄糖的结构，所以经过科学家们经年累月的研究发现纤维素酶是能够高效水解纤维素的一种物质。木质纤维原料中不仅含有难于水解的纤维素，而且还含有阻碍纤维素水解的木质素。木质素不仅有阻碍作用，它还会在实验后续的发展中生成有毒的产物，所以纤维素水解在整个试验中是最为重要的一步。本文着重对纤维素酶酶解反应影响的四种因素（缓冲溶液pH值，温度，酶用量，酶解时间）进行了详细的研究，寻求最为合适的实验条件，争取葡萄糖的得糖率最高。关键词稻壳，纤维素酶，稀酸预处理，燃料乙醇
目录
第一章 绪论 1
1.1概述 1
1.2燃料乙醇的研究意义 2
1.2.1缓解能源危机 2
1.2.2减轻环境污染 2
1.2.3推动农业生态良性循环 2
1.3燃料乙醇的发展现状及展望 3
1.3.1燃料乙醇国内发展现状及展望 3
1.3.2燃料乙醇国外发展现状及展望 4
1.4稻壳的结构与组成 5
1.5纤维素酶研究概述 6
1.5.1纤维素酶结构和催化机制 6 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
1.5.2纤维素酶水解影响因素 7
1.5.3纤维素酶的应用 8
第二章 实验部分 9
2.1引言 9
2.2实验试剂和仪器 10
2.2.1实验试剂 10
2.2.2实验仪器 11
2.3实验步骤 11
2.3.1稀硫酸对稻壳进行的预处理 11
2.3.2纤维素酶对稻壳进行水解制备葡萄糖 12
2.3.3分析检测方法 13
第三章 实验结果与讨论 16
3.1稀硫酸预处理稻壳末的工艺条件 16
3.2纤维素酶水解稻壳末的工艺条件 16
3.2.1缓冲溶液pH值对纤维素酶水解的影响 16
3.2.2温度对纤维素酶水解的影响 18
3.2.3酶用量对纤维素酶水解的影响 19
3.2.4酶解时间对纤维素酶水解的影响 20
总 结 22
致 谢 23
参考文献 24
附录 28
绪论
1.1 概述
目前，地球的石油储存量处于只出少进的状态，其产量已经接近极限，我们正在面临着较为严峻的能源和环境的挑战。在2003年6月召开了的“国际可再生能源会议”，此次会议主要是提出了目前全球的目标发展战略，即从矿物能源时代加速向可再生能源方向发展的战略主旨[13]。乙醇是具有高效能，清洁，安全，可再生等优势的。由农作物和纤维质物质生产出的其优点更是突出。与不可再生能源（汽油）相比，在氧气充足的条件下，乙醇燃烧时能使碳氢化合物更加充分的氧化，从而使得有害气体（芳烃类化合物及CO）和温室气体的排放明显的减少[34]。所以它具有取代汽油成为新型燃料的潜力。在当下恶劣的环境条件（温室效应，pm2.5的指数上涨，生态破坏），燃料乙醇更是对减小污染来源有着十分显著的作用。燃料乙醇作为可再生的环境友好型能源，对如今的生态环境起到了举足轻重的作用，它也越来越受到大众的关注和世界各国的深入研究及广泛应用[5]。大力发展乙醇及其混合型燃料已经成为现下最受关注的话题及研究论调了。
运用传统工艺制备乙醇时，所使用的原材料是比较传统的淀粉类，此生产模式的花费较大，原材料的成本大约为生产总成本的百分之四十。而采用农作物的废弃材料进行乙醇的制备，既可以缓解它们对环境造成的危害，也可以减轻因燃料乙醇的生产而导致的粮食浪费[6]。而木质纤维原料作为可再生资源是最为廉价也是极为丰富的[7]。自解决能源危机的问题被提上日程之后，乙醇的生产过程中最受瞩目的一个途径就是将木质纤维原料转化为葡萄糖、木糖等可发酵性糖。目前100种能够通过各种代谢之类的反应而生产出乙醇的微生物已经被各个科学家的实验所发现。但是这100多中微生物之中能够达到高效、节能、环保、产率高的却是少之又少，因此乙醇的产率也因为生产可发酵性糖的原料稀缺而降低[8]。不仅仅如此，此法反应结束后副产物对反应及环境的影响也是不可忽略的，发酵的条件更是难以做到全面最佳[9]。可发酵性糖采取适宜的生产技术运用酶解法酶解木质纤维原料,来制取葡萄糖，之后就进行进一步反应─发酵葡萄糖生成乙醇[1012]。此法打破固有模式，改变传统方法,在我国经济财政和社会的可持续发展方面也许会具有比较重大的意义[1314]。
1.2 燃料乙醇的研究意义
1.2.1 缓解能源危机
二十一世纪初，生产工业在世界各地同步发展，逐渐达到鼎盛时期。在生存环境日益改善的条件下，人口总量更是急剧增长，同时能源的消耗也随之加速，各个方面的加速增长导致了能源和化石燃料储量的持续告急，甚至是以自然环境的破坏为代价来创造新能源。这不仅不符合社会的可持续发展，更是对当下人们的生活造成了严重的影响。这些问题使得我们不得不去寻找新的可再生的代替能源，许多国家开始调整自身固有的能源政策,将可再生生物能源的研究和开发提上日程，对其重视程度日益加深[15]。近年来生物质能源更是独占鳌头，成了可再生能源的领头军。生物能源是20世纪以来比较受欢迎的可再生能源。其中乙醇、柴油、沼气、氢气和燃料电池是研发应用比较成熟的。而其中乙醇的研究和使用更是受到比较广泛的关注的[1618]。
1.2.2 减轻环境污染
?燃料乙醇是可再生能源，它可以代替汽油成为新的燃料，还可以作为汽油添加剂，减少对不可再生能源（矿物燃料）的消耗[19]。其优良特性主要是：汽油内氧含量的增加，会使汽油更加充分燃烧，而乙醇是良好的增氧剂，加入乙醇能够提高汽油的利用率，减少对大气的污染，汽油中添加乙醇还可以提高汽油的抗爆性。燃料乙醇作为添加剂取代四乙基铅和MTBE，可以减少铅的排放以及降低对地下水和空气的污染[20]，达到节能和环保的目的；乙醇还可以经济有效的降低芳烃、烯烃含量，即降低炼油厂的改造费用，达到新汽油标准[21]。车用乙醇汽油的推广应用不仅仅在能源危机中起到缓冲的作用，而且他还在环保方面提供了良好的改善条件，生态环境和大气质量的改善更是降低了传染疾病的发生，大大降低了不可预知危害的可能性。燃料乙醇的应用也对人们的安全健康起到了保护作用，社会经济效益更是得到了很大的增益效果。
1.2.3 推动农业生态良性循环
燃料乙醇的生产方式多种多样，不计其数，而现今的主要生产方式就是发酵法。目前世界上发酵法生产乙醇的主要原料有:谷物作物，薯类作物，糖料作物等。随着工业的迅速发展，手工劳动渐渐被各种现代化机器所代替，而且如今的社会在生物学方面的发展，也为农作物的健康生长提供了较大的助力。由此可见，粮食农作物产量的提高是可以预见的。玉米的主要产地范围比较广泛，因此产量也是比较高的。所以，在新能源发展势头迅猛的当下，良畦循环已经是玉米研究利用的常态了。将用作饲料的玉米,发酵制备燃料乙醇,来作为汽油添加剂，减少对石油能源的消耗；而玉米发酵后的副产物也是可以再加工的，将副产物加工后可以作为高蛋白的饲料，畜禽养殖业将玉米的剩余价值全部利用完。另外发酵废液可以再进行利用（比如：沼气的生产），现在的发展技术主要是将废液研发用于家用燃气。这样通过燃料乙醇生产环节的带动，可以将粮食种植、乙醇生产、饲料制备、畜禽养殖、沼气生产等环节有机相连，相互促进，实现“燃料乙醇生态园”，推动农业生态的良性循环[22]。
目录
第一章 绪论 1
1.1概述 1
1.2燃料乙醇的研究意义 2
1.2.1缓解能源危机 2
1.2.2减轻环境污染 2
1.2.3推动农业生态良性循环 2
1.3燃料乙醇的发展现状及展望 3
1.3.1燃料乙醇国内发展现状及展望 3
1.3.2燃料乙醇国外发展现状及展望 4
1.4稻壳的结构与组成 5
1.5纤维素酶研究概述 6
1.5.1纤维素酶结构和催化机制 6 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
1.5.2纤维素酶水解影响因素 7
1.5.3纤维素酶的应用 8
第二章 实验部分 9
2.1引言 9
2.2实验试剂和仪器 10
2.2.1实验试剂 10
2.2.2实验仪器 11
2.3实验步骤 11
2.3.1稀硫酸对稻壳进行的预处理 11
2.3.2纤维素酶对稻壳进行水解制备葡萄糖 12
2.3.3分析检测方法 13
第三章 实验结果与讨论 16
3.1稀硫酸预处理稻壳末的工艺条件 16
3.2纤维素酶水解稻壳末的工艺条件 16
3.2.1缓冲溶液pH值对纤维素酶水解的影响 16
3.2.2温度对纤维素酶水解的影响 18
3.2.3酶用量对纤维素酶水解的影响 19
3.2.4酶解时间对纤维素酶水解的影响 20
总 结 22
致 谢 23
参考文献 24
附录 28
绪论
1.1 概述
目前，地球的石油储存量处于只出少进的状态，其产量已经接近极限，我们正在面临着较为严峻的能源和环境的挑战。在2003年6月召开了的“国际可再生能源会议”，此次会议主要是提出了目前全球的目标发展战略，即从矿物能源时代加速向可再生能源方向发展的战略主旨[13]。乙醇是具有高效能，清洁，安全，可再生等优势的。由农作物和纤维质物质生产出的其优点更是突出。与不可再生能源（汽油）相比，在氧气充足的条件下，乙醇燃烧时能使碳氢化合物更加充分的氧化，从而使得有害气体（芳烃类化合物及CO）和温室气体的排放明显的减少[34]。所以它具有取代汽油成为新型燃料的潜力。在当下恶劣的环境条件（温室效应，pm2.5的指数上涨，生态破坏），燃料乙醇更是对减小污染来源有着十分显著的作用。燃料乙醇作为可再生的环境友好型能源，对如今的生态环境起到了举足轻重的作用，它也越来越受到大众的关注和世界各国的深入研究及广泛应用[5]。大力发展乙醇及其混合型燃料已经成为现下最受关注的话题及研究论调了。
运用传统工艺制备乙醇时，所使用的原材料是比较传统的淀粉类，此生产模式的花费较大，原材料的成本大约为生产总成本的百分之四十。而采用农作物的废弃材料进行乙醇的制备，既可以缓解它们对环境造成的危害，也可以减轻因燃料乙醇的生产而导致的粮食浪费[6]。而木质纤维原料作为可再生资源是最为廉价也是极为丰富的[7]。自解决能源危机的问题被提上日程之后，乙醇的生产过程中最受瞩目的一个途径就是将木质纤维原料转化为葡萄糖、木糖等可发酵性糖。目前100种能够通过各种代谢之类的反应而生产出乙醇的微生物已经被各个科学家的实验所发现。但是这100多中微生物之中能够达到高效、节能、环保、产率高的却是少之又少，因此乙醇的产率也因为生产可发酵性糖的原料稀缺而降低[8]。不仅仅如此，此法反应结束后副产物对反应及环境的影响也是不可忽略的，发酵的条件更是难以做到全面最佳[9]。可发酵性糖采取适宜的生产技术运用酶解法酶解木质纤维原料,来制取葡萄糖，之后就进行进一步反应─发酵葡萄糖生成乙醇[1012]。此法打破固有模式，改变传统方法,在我国经济财政和社会的可持续发展方面也许会具有比较重大的意义[1314]。
1.2 燃料乙醇的研究意义
1.2.1 缓解能源危机
二十一世纪初，生产工业在世界各地同步发展，逐渐达到鼎盛时期。在生存环境日益改善的条件下，人口总量更是急剧增长，同时能源的消耗也随之加速，各个方面的加速增长导致了能源和化石燃料储量的持续告急，甚至是以自然环境的破坏为代价来创造新能源。这不仅不符合社会的可持续发展，更是对当下人们的生活造成了严重的影响。这些问题使得我们不得不去寻找新的可再生的代替能源，许多国家开始调整自身固有的能源政策,将可再生生物能源的研究和开发提上日程，对其重视程度日益加深[15]。近年来生物质能源更是独占鳌头，成了可再生能源的领头军。生物能源是20世纪以来比较受欢迎的可再生能源。其中乙醇、柴油、沼气、氢气和燃料电池是研发应用比较成熟的。而其中乙醇的研究和使用更是受到比较广泛的关注的[1618]。
1.2.2 减轻环境污染
?燃料乙醇是可再生能源，它可以代替汽油成为新的燃料，还可以作为汽油添加剂，减少对不可再生能源（矿物燃料）的消耗[19]。其优良特性主要是：汽油内氧含量的增加，会使汽油更加充分燃烧，而乙醇是良好的增氧剂，加入乙醇能够提高汽油的利用率，减少对大气的污染，汽油中添加乙醇还可以提高汽油的抗爆性。燃料乙醇作为添加剂取代四乙基铅和MTBE，可以减少铅的排放以及降低对地下水和空气的污染[20]，达到节能和环保的目的；乙醇还可以经济有效的降低芳烃、烯烃含量，即降低炼油厂的改造费用，达到新汽油标准[21]。车用乙醇汽油的推广应用不仅仅在能源危机中起到缓冲的作用，而且他还在环保方面提供了良好的改善条件，生态环境和大气质量的改善更是降低了传染疾病的发生，大大降低了不可预知危害的可能性。燃料乙醇的应用也对人们的安全健康起到了保护作用，社会经济效益更是得到了很大的增益效果。
1.2.3 推动农业生态良性循环
燃料乙醇的生产方式多种多样，不计其数，而现今的主要生产方式就是发酵法。目前世界上发酵法生产乙醇的主要原料有:谷物作物，薯类作物，糖料作物等。随着工业的迅速发展，手工劳动渐渐被各种现代化机器所代替，而且如今的社会在生物学方面的发展，也为农作物的健康生长提供了较大的助力。由此可见，粮食农作物产量的提高是可以预见的。玉米的主要产地范围比较广泛，因此产量也是比较高的。所以，在新能源发展势头迅猛的当下，良畦循环已经是玉米研究利用的常态了。将用作饲料的玉米,发酵制备燃料乙醇,来作为汽油添加剂，减少对石油能源的消耗；而玉米发酵后的副产物也是可以再加工的，将副产物加工后可以作为高蛋白的饲料，畜禽养殖业将玉米的剩余价值全部利用完。另外发酵废液可以再进行利用（比如：沼气的生产），现在的发展技术主要是将废液研发用于家用燃气。这样通过燃料乙醇生产环节的带动，可以将粮食种植、乙醇生产、饲料制备、畜禽养殖、沼气生产等环节有机相连，相互促进，实现“燃料乙醇生态园”，推动农业生态的良性循环[22]。
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