利用生物技术将废弃纤维原料制取燃料乙醇,具有重要的社会意义和经济利益。本文以水洗木糖渣为纤维原料,以驯化的耐乙醇酿酒酵母TSH-3-G11为供试菌株,对纤维素酶水解工艺,菌种驯化以及SSF纤维素生产乙醇等方面进行了研究。实验通过对玉米芯,木糖渣,糠醛渣等几种纤维原料进行成分分析,确定木糖渣经水洗处理,可作为纤维素酶解的实验材料。实验对水洗木糖渣的纤维素酶水解工艺进行研究,最佳条件为：纤维素酶用量11 FPU／g(酶活／底物),温度50℃,pH为5.0,底物与缓冲液的最适比例为1：8,间歇振荡下,转速为140 rpm；酶水解作用时间为48h。在此参数条件下,纤维素转化率最高达到62%。实验研究了颗粒度大小,添加玻璃珠及微波辐照对底物水解的影响。结果表明,粉碎颗粒度为0.125mm(120目)的木糖渣酶解效率最高为47%。添加玻璃珠提高了酶解效率,但是不利于设备重复利用。经微波辐照的木糖渣比未经辐照的水解效率提高了13%。添加纤维二糖酶提高了纤维素转化为葡萄糖的效率,但对纤维素总转化率提高不大。添加纤维素酶激活剂,金属离子磷酸氢二钠,磷酸钙,乙酸铵对纤维素酶水解有促进作用,非离子表面活性剂tween和PEG(聚乙二醇)能显著提高酶解效率,水解液中添加tween20和tween60在1%(v／v),tween40在1.5%(v／v),tween80在0.5%(v／v)时,PEG2000在1.5%,PEG4000和PEG8000在3%时,各自达到最高酶解效率。通过驯化的手段对酿酒酵母TSH-2,TSH-3进行耐乙醇驯化,经过13次传代培养得到的TSH-3-G11,从耐8%乙醇提高到了14%,当底物浓度大于25%时,驯化菌株的乙醇产率高于原始菌,与原始菌比较,乙醇产率提高了9.6%。以驯化菌种TSH-3-G11进行木糖渣-乙醇发酵,结果表明,摇瓶模拟发酵时,乙醇产量SSF要高于SHF。在5L发酵罐以间歇搅拌的方式进行SSF乙醇发酵中,90h内乙醇的最终浓度为2.25%(v／v)。
1 前言 9-22
    1.1 木质纤维素 9-12
        1.1.1 木质纤维素的结构与组成 9-10
        1.1.2 纤维素原料预处理 10-11
        1.1.3 工业废弃物的性质 11-12
    1.2 纤维素酶的研究 12-16
        1.2.1 纤维素酶的组成与功能 12-13
        1.2.2 纤维素酶水解机理及水解工艺条件的研究 13-16
        1.2.3 提高纤维素酶解效率的方法 16
    1.3 酿酒酵母驯化概述 16-19
        1.3.1 酿酒酵母耐乙醇机制 17-19
        1.3.2 酵母驯化研究进展 19
    1.4 纤维素乙醇发酵工艺概述 19-20
    1.5.本课题的立题依据及研究内容 20-22
        1.5.1 本课题的立题依据 20
        1.5.2 本课题的研究内容 20-22
2 材料与方法 22-30
    2.1 材料与仪器 22-25
        2.1.1 菌种 22
        2.1.2 主要实验材料 22-23
        2.1.3 主要实验仪器 23-24
        2.1.4 主要溶液 24
        2.1.5 主要培养基 24-25
    2.2 分析方法 25-30
        2.2.1 木质纤维素成分分析 25
        2.2.2 还原糖含量测定 25-27
        2.2.3 总糖测定方法 27
        2.2.4 酶活测定 27-28
        2.2.5 菌体量的测定 28
        2.2.6 乙醇含量测定 28-30
3 结果与讨论 30-52
    3.1 纤维物质前处理 30-33
        3.1.1 原料特点 30-31
        3.1.2 水洗前处理 31-33
    3.2 纤维素酶水解工艺参数优化 33-39
        3.2.1 纤维素酶用量对酶解效率的影响 33-34
        3.2.2 温度对纤维素酶水解作用的影响 34
        3.2.3 初始pH对纤维素酶酶解作用的影响 34-35
        3.2.4 底物浓度(固液比)对纤维素酶解作用的影响 35-36
        3.2.5 转速对纤维素酶水解的影响 36-37
        3.2.6 酶解作用时间对水解的影响 37-38
        3.2.7 小结 38-39
    3.3 提高酶解效率的有效途径 39-45
        3.3.1 改变底物特性 39-41
        3.3.2 复合纤维素酶对水解影响 41-42
        3.3.3 添加纤维素酶激活剂对水解的作用 42-44
        3.3.4 小结 44-45
    3.4 酿酒酵母耐乙醇驯化的研究 45-49
        3.4.1 酿酒酵母菌种的筛选 45-46
        3.4.2 耐乙醇驯化 46-48
        3.4.3 发酵性能测定 48-49
        3.4.4 小结 49
    3.5 纤维素乙醇发酵工艺的研究 49-52
        3.5.1 摇瓶模拟发酵实验 50
        3.5.2 5L发酵罐SSF实验 50-52
4 结论 52-53