【正文】 氣，若無漏氣則將小罐放入空氣浴中。 預(yù)處理采用空氣浴， 6 組蒸煮小罐，蒸煮的液比為 1:10（相對(duì)于絕干物料）。將晾干的 麥稈用袋子裝好，做好標(biāo)記，置于陰涼處 保存 。 熱水預(yù)汽蒸過后的麥稈，用螺旋擠壓疏解機(jī)進(jìn)行擠壓疏解，以排除麥稈中的水分和空氣，使麥稈變得松軟易于浸泡和吸收藥液。將晾干的麥稈用袋子裝好，做好標(biāo)記，置于干燥陰涼處存放好。 表 21 麥草原料的化學(xué)組分 綜 纖維素 （ %） 聚戊糖 （ %） Klasson 木素 （ %） 酸溶木素 （ %） 苯醇抽出物 （ %） 灰分 （ %） 二、 實(shí)驗(yàn)的藥品 天津科技大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 表 22 實(shí)驗(yàn)藥品 藥品名稱 所屬種類 藥品產(chǎn)地 氫氧化鈉 分析純 天津市北方天醫(yī)化學(xué)試劑廠 亞硫酸鈉 分析純 天津市北方天醫(yī)化學(xué)試劑廠 鹽酸 分析純 天津市禹達(dá)化學(xué)試劑科技發(fā)展有限公司 濃硫酸 分析 純 天津市禹達(dá)化學(xué)試劑科技發(fā)展有限公司 酚酞 分析純 天津市北方天醫(yī)化學(xué)試劑廠 硫代硫酸鈉 分析純 天津市北方天醫(yī)化學(xué)試劑廠 去離子水 分析純 實(shí)驗(yàn)室自制 苯 分析純 天津市江天化工技術(shù)有限公司 乙醇 分析純 天津市江天化工技術(shù)有限公司 三、 實(shí)驗(yàn)儀器 表 23 實(shí)驗(yàn)儀器 儀器 型號(hào) 生產(chǎn)廠家 空氣浴蒸煮鍋 NJKR10 泰興市環(huán)新創(chuàng)新環(huán)境工程有限公司 電熱恒溫水浴鍋 HH SY21Ni 北京市長風(fēng)儀器儀表公司 擠壓疏解機(jī) JS30型 安丘汶瑞機(jī)械制造有限公司 高濃磨漿機(jī) VM3542 BALODOR，美國 PFI打漿機(jī)（ PFIMill） 267型 Hamjern Hamar，挪威 電子天平 D448900814 美國 漿料疏解機(jī) 97015 Lorentzenamp。 二、研究方法： （一）在實(shí)驗(yàn)室條件下，麥草進(jìn)行預(yù)處理、磨漿等處理，然后將其通過酶水解轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵的單糖。 天津科技大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 第二章 實(shí)現(xiàn)麥草高效酶水解預(yù)處理?xiàng)l件的選擇及優(yōu)化 第一節(jié) 實(shí)驗(yàn)方案 一、 基本思路： 本設(shè)計(jì)是在化學(xué)法制漿之前 增加預(yù)處理段，先將半纖維素以聚糖或單糖的形式提取出來。利用生物質(zhì)轉(zhuǎn)化生產(chǎn)燃料乙醇是一項(xiàng)對(duì)國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展有著重要戰(zhàn)略意義的舉措。因此，如何充分利用麥稈中的纖維素和半纖維素是實(shí)現(xiàn)生物量充分利用的關(guān)鍵。千萬噸的天然的蠟具有廣泛的工業(yè)用途包括化妝品，個(gè)人護(hù)理品，拋光機(jī)和涂料。但是，由于這個(gè)菌株不是傳統(tǒng)的酵母菌，能不能投入生產(chǎn)還要取決與幾個(gè)技術(shù)問題，包括能夠生產(chǎn)大規(guī)模乙醇的生物 儀器，能夠?qū)崿F(xiàn)有菌狀態(tài)下也能生產(chǎn)，對(duì)抑制劑有良好的適應(yīng)性。天然木糖發(fā)酵的酵母如畢赤物酵母不能在有毒化合物預(yù)處理過程中進(jìn)行。 此外，改善發(fā)酵己糖和戊糖的工序，也可以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的乙醇生產(chǎn)。研究經(jīng)費(fèi)比較表明，很少有研究預(yù)處理不同方法之間的區(qū)別，預(yù)處理的成本較低但是催化劑或者回收乙醇的成本也上去了。盡管對(duì)于利用木質(zhì)纖維素生產(chǎn)乙醇的技術(shù)不斷的提升，但是在過去的幾十年時(shí)間里，第二代乙醇的價(jià)格仍然很高，每加侖 美元。由此表明，在此條件下纖維素酶水解的效率很高。 三 種不同的預(yù)處理方式都可以有效的提高麥稈的酶解產(chǎn)糖率。同時(shí)，對(duì)于纖維素酶在制漿造紙工業(yè)中的發(fā)展 應(yīng)用情況做了詳細(xì)的介紹，包括酶法廢紙脫墨，纖維的酶改性，酶促打漿及紙張性能的改進(jìn)等 [18]。 粟學(xué)俐 等人通過對(duì) 纖維素酶水解纖維素還原糖的測定， 對(duì)不同培養(yǎng)基中不同菌種的酶活測定，確定了它的底物糖得率，最高可達(dá) 8. 59%。另一個(gè)方面就是研究影響麥草酶水解的因素。在化學(xué)制漿過程中，原料的 20%天津科技大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 到 30%是通過半纖維素和木素的形式溶解在廢液中，不僅增大了環(huán)境污染，而且浪費(fèi)了這些可以帶來效益的資源。由于近年來世界各國慢慢的轉(zhuǎn)變政策，減少或者不允許將糧食用于燃料乙醇的生產(chǎn)之后，尋找替代品來生產(chǎn)乙醇成了當(dāng)務(wù)之急，而纖維素和半纖維素不僅量大，還能夠用于生產(chǎn)生物乙醇，成為各國首選?，F(xiàn)行的化學(xué)制漿方法實(shí)際上通過黑液轉(zhuǎn)移出相當(dāng)一部分木材半纖維素，并最終將它燒掉。木質(zhì)纖維原料，例如木材，是生產(chǎn)生物燃料和可生物降解塑料的重要自然資源，也能成為可持續(xù)工業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要組件。 纖維素酶水解過程分為三個(gè)部分：發(fā)生吸附、生物降解、吸附通過。 纖維素酶是一種多組分的酶，包括 EG（內(nèi)切葡聚糖酶）、 CBH（外切葡聚天津科技大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 糖纖維二糖水解酶）和 CB（ 纖維二糖酶或β 葡萄糖苷酶），在它們的協(xié)同作用下才能將纖維素水解至葡萄糖。其中纖維素酶解具有能耗低，反應(yīng)條件溫和等優(yōu)勢，是現(xiàn)在應(yīng)用較廣的水解方式，更加適合大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)工藝，用合適的酶水解是把單糖從纖維素材料中分離出來最有效的辦法。近年來，由于在預(yù)處理和水解上有了進(jìn)展，從而使糖的產(chǎn)量得到了提高。半纖維素使木質(zhì)素和纖維素連接在一起，它可以很容易被稀酸或者堿、以及半纖維素酶水解 [4]。 小麥作為一種木質(zhì)纖維素，主要由纖維素、半纖維素、木質(zhì)素組成，伴有少量可溶性底物（也稱為萃取物）和灰分，是一種混合物。 第二節(jié) 麥草及纖維素水解 一、 麥草 麥?zhǔn)切←湆僦参锏慕y(tǒng)稱 ，最早 種植于中東地區(qū)，通過一代代品種改良，小麥已經(jīng)成為世界上種植范圍最廣、面積最大、總產(chǎn)量第二的糧食作物。原料預(yù)處理主要的目的有 :把木質(zhì)纖維素的結(jié)構(gòu)破壞，使其結(jié)晶度降低，纖維素與酶接觸的表面積增大，從而使酶水解效率提高。但在稻草轉(zhuǎn)化成乙醇的過程中，存在一些挑戰(zhàn)和限制。使用其作為生產(chǎn)原料，不但不會(huì)使糧食和動(dòng)物飼料供應(yīng)有影響，還能減少溫室氣體的排出，對(duì)于溫室效應(yīng)及環(huán)境的影響 較小，具有很大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。甘蔗和玉米作為人類的食材，但是目前卻是用于生產(chǎn)生物乙醇的主要原料，將其用以生 產(chǎn)燃燒乙醇存在“與人爭糧”的問題。而不論是從唯一的汽車專用引擎燃料，還是從作為一種混合燃料中的一種添加劑，當(dāng)混合的比例高達(dá) 30%時(shí)都不需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行改動(dòng)來看，乙醇一直被認(rèn)為是化石燃料合適的替代者 [1]。 四川宜賓項(xiàng)目工作總結(jié) I 目 錄 第一章 緒論 ............................................ 1 第一節(jié) 概論 ............................................ 1 第二節(jié) 麥草及纖維素水解 ................................. 2 第三節(jié) 生物精煉 ........................................ 3 第四節(jié) 前人對(duì)麥草預(yù)處理和纖維素酶水解的研究 ............. 4 第五 節(jié) 研究的目的、意義與主要內(nèi)容 ....................... 5 第二章 實(shí)現(xiàn)麥草高效酶水解預(yù)處理?xiàng)l 件的選擇及優(yōu)化 ......... 7 第一節(jié) 實(shí)驗(yàn)方案 ........................................ 7 第二節(jié) 原料、藥品與儀器 ................................. 7 第三節(jié) 實(shí)驗(yàn)流程 ........................................ 8 第四節(jié) 方法 ........................................... 12 第五節(jié) 結(jié)果與討論 ...................................... 14 第三章 工藝設(shè)計(jì) ....................................... 19 第一節(jié) 生產(chǎn)工藝流程論述 ................................ 19 第二節(jié) 工藝流程分段描述 ................................ 20 第三節(jié) 漿水平衡計(jì)算 .................................... 21 結(jié)論 ................................................... 30 展望 ................................................... 31 參考文獻(xiàn) ............................................... 32 致謝 ................................................... 34 天津科技大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 第一章 緒論 第一節(jié) 概論 由于發(fā)展中國家人口和產(chǎn)業(yè)的迅速增長，導(dǎo)致了全球?qū)δ茉葱枨蟮牟粩嘣鲩L。世界能源長久以來的消耗以及現(xiàn)在石油市場不穩(wěn)定的形勢，這些事 實(shí)，都促使我們必須尋找替代燃料這一新的社會(huì)利益。 然而，仍然有很多問題阻礙著生物乙醇的產(chǎn)業(yè)化過程。因?yàn)樽匀唤缰心举|(zhì)纖維素如麥稈的產(chǎn)量很高，所以使用麥稈作為生產(chǎn)燃料乙醇在原料上不存在短缺問題。它有幾個(gè)特點(diǎn)，如纖維素和半纖維素含量高，可以很容易地水解為可發(fā)酵的糖?，F(xiàn)在，木質(zhì)纖維素類用于生產(chǎn)燃料乙醇包括原料的預(yù)處理、纖維素的酶水解、乙醇發(fā)酵以及分離等主 要幾個(gè)操作步驟。因此實(shí)現(xiàn)一種高效的酶水解對(duì)于未來世界能源的利用來說是必不可少的。其中一個(gè)具有吸引力的選擇就是利用小麥秸稈來生產(chǎn)生物酒精。因?yàn)檫@樣的組分，使纖維素被緊湊地捆綁在了一起，水和酶不可以穿透其結(jié)構(gòu)。 然而，基于當(dāng)前技術(shù)有限，生產(chǎn)成本依然過高，這就阻止了利用小麥 生產(chǎn)酒精的商業(yè)化過程。 二、 纖維素酶水解 纖維素的水解主要包括酸解和酶解兩個(gè)部分。纖維素酶是一種使纖維素降解為葡萄糖的酶系的總代名詞，它們通過協(xié)同作用，把纖維素分解，產(chǎn)生寡糖和纖維二糖，最終水解為葡萄糖 [6]。其中對(duì)結(jié)晶區(qū)的作用必須有 EG 和 CBH，對(duì)無定形區(qū)則僅 EG 組分就可以 。 第三節(jié) 生物精煉 對(duì)環(huán)境和能源問題的日益關(guān)注，尤其是對(duì)溫室效應(yīng)的關(guān)注以及化石燃料的短缺，已經(jīng)使人們努力去發(fā)展替代能源和可再生能源。生 產(chǎn)紙漿的工廠可以轉(zhuǎn)型為生產(chǎn)生物燃料、乙酸、生物降解塑料，并同時(shí)仍生產(chǎn)紙和紙漿的綜合性生物煉制工廠。初步估算 20xx 年我 國生物質(zhì)能源的有效利用量將占到一次能源總消耗量的 1% ，而到 2020 年將增加到 4%[11]。植物中的半纖維素組分能夠用抽提的方式進(jìn)入水溶液中，酯鍵發(fā)生堿性水解斷裂，從而使半 纖維素從纖維素和木素的基體中分離出來 [14] 。 第四節(jié) 前人對(duì)麥草預(yù)處理和纖維素酶水解的研究 目前對(duì)于實(shí)現(xiàn)麥草高效酶水解的研究主要集中在兩個(gè)方面，一個(gè)是研究 影響麥草預(yù)水解的因素，從而達(dá)到提高麥草酶水解效率的目的。為了使 酶水解纖維素的效果得到提升，通過對(duì)纖維素酶用量的選用、 pH值測定、水解溫度調(diào)控、底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)的大小和酶水解時(shí)間的長短的控制，來確定酶水解得率的最適條件，使 用正交實(shí)驗(yàn)對(duì)酶水解纖維素的工藝條件進(jìn)行優(yōu)化．最佳條件為：酶用量 27 U， pH ，水解溫度 50 ℃ ，底物質(zhì)量分?jǐn)?shù) 2%，水解時(shí)間 60,h．在此條件下，酶水解得率可以達(dá)到 %[16]。 對(duì)纖維素酶、酶解作用機(jī)理及其反應(yīng)條件做了簡述。實(shí)驗(yàn)表明。在100~140 ℃ 條件下，較少量的增加了各種聚糖得率，在 160 ℃ 下自水解條件下，很明顯的增大了各種聚糖得率，尤其是葡聚糖的得率，增大的幅度最明顯。到目前為止，還是有大量的麥稈在當(dāng)作燃料提供和浪費(fèi)， 這也導(dǎo)致拿它作 生產(chǎn)乙醇的原材料的價(jià)格一直下不去。目前比較先進(jìn)的對(duì)于木質(zhì)纖維材料預(yù)處理的方法是資本密集型的。加大合作和投資，能夠切實(shí)的提高酶的有效性，開發(fā)高固處理的新技術(shù)就能更把酶的成本降低數(shù)倍。厭氧細(xì)菌發(fā)酵木糖產(chǎn)出乙醇的產(chǎn)量低，所以禁止在較低的糖和乙醇濃度中使用。