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《江南大学》 2018年
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水稻秸秆的低共熔溶剂预处理及其高值化利用的研究

邢婉茹  
【摘要】:水稻秸秆(RS)是我国产量最高的木质纤维素生物质之一,其传统处理方式极易造成资源浪费和环境污染。同时,传统化石燃料价格上涨和日渐枯竭的趋势以及带来的诸多环境问题,迫使人们寻找更加绿色、可持续的生物能源。因此,将木质纤维素原料经预处理和生物转化的途径,获得生物能源、高能磷酸化合物等高附加值产品具有重要意义。然而,木质纤维素生物质高值化利用的关键步骤为顽抗性结构的降低。本论文通过新型低共熔溶剂(DES)预处理的方法,利用RS中丰富的多糖资源,进行发酵丁醇和无ATP参与的体外酶法合成果糖-1,6-二磷酸(FDP)的研究。(1)建立了新型氯化胆碱:甲酸:乙酸(Foraceline)双氢键供体低共熔溶剂和0.5%(w/v)Na_2CO_3相结合的两步预处理方法并用于预处理RS。采用50 FPU·g~(-1)_(tot) _(al-solid)纤维素酶水解24 h后,获得38.8 g·L~(-1)和41.9 g·L~(-1)的葡萄糖和总糖。附着于RS上的纤维素酶可循环利用五次,其中纤维素酶的添加量从50 FPU·g~(-1)_(tot) _a _(l-solid)(Cycle I)降低到30 FPU·g~(-1)_(total-solid)(Cycle V),节省了40%的纤维素酶,其总糖的浓度分别为41.3 g·L~(-1)和42.6 g·L~(-1)。酶解液I和V用于Clostridium saccharobutylicum DSM 13864的丁醇发酵,得到丁醇的浓度和产量分别为9.5 g·L~(-1)和0.25 g?g~(-1)_(tot) _a _(l sugar),与葡萄糖培养基类似。(2)以乙胺盐酸盐(EAC)为氢键受体,以乳酸为氢键供体合成新型DES,并应用于RS预处理。结果发现,在相同预处理和酶解条件下,乙胺盐酸盐:乳酸(DES_(1E:1L))的处理效果比Foraceline更显著。考察新鲜及回收的DES_(1E:1L)对RS的预处理效果,酶解回收第五次的DES_(1E:1L)预处理水稻秸秆得到的葡萄糖浓度仅比新鲜DES_(1E:1L)低5.96g·L~(-1)。表明回收的DES_(1E:1L)预处理RS的可行性。将DES_(1E:1L)预处理后的RS(RS_(DES_(1E:1L))),用2%(w/v)NaClO常温避光浸泡12 h,得到的酶解液总糖浓度为59.2 g·L~(-1),其中,半纤维素和木质素的去除率(95.6%和82.8%)分别是RS_(DES_(1E:1L))的1.31倍和1.48倍。对处理后的水稻秸秆进行结构表征,进一步揭示不同预处理方法的机制和预处理效果的差异。利用DES_(1E:1L)结合NaClO预处理RS(RS_(Comb_(DN)))的酶解液进行丁醇发酵72 h,共消耗了46.73 g·L~(-1)的总糖,生成10.16 g·L~(-1)的丁醇,证明将该酶解液应用于发酵丁醇的可行性。(3)无ATP参与的体外酶法合成FDP的设计是以RS_(Comb_(DN))酶解液中的纤维二糖为底物,模拟糖酵解的代谢途径,在纤维二糖磷酸化酶(CBP)、葡萄糖磷酸变位酶(PGM)、磷酸葡萄糖异构酶(PGI)和焦磷酸依赖性磷酸果糖激酶(PPi-PFK)四种酶的参与下,进行分步酶解反应。除了葡萄糖-6-磷酸异构化生成果糖-6-磷酸的可逆反应步骤的底物转化率只有65.8%,其余反应均达到了96%以上。证明了以纤维二糖为原料进行无ATP参与的体外酶法合成FDP的可行性。
【学位授予单位】:江南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TQ914.3;S216.2

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