【摘 要】
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木质纤维素是自然界最丰富的可再生资源,预处理过程是木质纤维素酶解糖化和生物转化必不可少的一步。在这个过程中,会产生一些抑制物,一般包括对羟基苯甲醛、香草醛和香草酸等酚类物质,这些抑制物严重影响微生物活性,降低目的产物的产率。本文对氢氧化钠预处理杨木过程中抑制物产生和脱除的方法、抑制物对纤维素酶的抑制机理,以及杨木酶解糖化后产乙醇的工艺进行系统研究,主要结果如下:（1）测定氢氧化钠处理前后杨木的成分
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木质纤维素是自然界最丰富的可再生资源,预处理过程是木质纤维素酶解糖化和生物转化必不可少的一步。在这个过程中,会产生一些抑制物,一般包括对羟基苯甲醛、香草醛和香草酸等酚类物质,这些抑制物严重影响微生物活性,降低目的产物的产率。本文对氢氧化钠预处理杨木过程中抑制物产生和脱除的方法、抑制物对纤维素酶的抑制机理,以及杨木酶解糖化后产乙醇的工艺进行系统研究,主要结果如下:（1）测定氢氧化钠处理前后杨木的成分变化,再根据电子扫描显微镜观测预处理前后杨木宏观结构的变化,发现预处理与未处理的杨木排列有着明显的差异:未处理的杨木结构平整,纤维排列有序,而经过氢氧化钠预处理后的杨木排列杂乱无章且表面粗糙褶皱,破损严重,同时有空洞出现;利用高效液相色谱测定氢氧化钠预处理液发现,氢氧化钠浓度为3%时,对羟基苯甲醛、香草酸香草醛和的浓度分别为0.02 g/L、0.24 g/L、0.05 g/L;还原糖含量为0.7 g/L,此时纤维素含量为44.41%,半纤维素含量为24.07%,木质素含量为31.53%,比未处理杨木分别降低了 63.24%,18.48%,16.05%。采用硫酸亚铁和活性炭去除抑制物,总的脱除率达到85%。（2）对3%氢氧化钠预处理杨木进行酶解的优化,单因素和响应面法得到的最佳酶解条件如下:纤维素酶的添加量为20 mg/g杨木,pH为4.8,温度为50℃,料液比为1:10,酶解时间为48h。在该条件下,测得的还原糖浓度为25.5 g/L,对比水洗前后杨木纤维酶解效果,酶解效率提高15.7%。（3）在上述酶解条件下,探究香草酸和对羟基苯甲醛两种抑制物对酶解的影响;通过测定纤维素酶活,包括β-葡萄糖苷酶、内切葡萄糖苷酶和外切葡萄糖苷酶,发现两种抑制物对内切葡萄糖苷酶和β-葡萄糖苷酶有较强的抑制作用;研究了纤维素酶酶促反应动力学,确定香草酸为非竞争性抑制类型,对羟基苯甲醛是竞争性抑制类型。（4）本文以预处理溶液中和水解液的还原糖为碳源,优化了酵母发酵生产乙醇的工艺条件,包括发酵时间、接种量、发酵pH和摇床转速。结果表明,接种量为5%,pH为7.0,发酵时间为60 h,为最佳发酵条件。该条件下,获得的最高乙醇含量为13.27 g/L,经比较,用硫酸亚铁和活性炭脱毒后,乙醇产量提高了 41.19%。
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