1. 研究目的与意义
木质素和纤维素、半纤维素紧密地结合在一起,妨碍了对纤维素半纤维素的利用,自然界中,木质素的降解是通过微生物来完成的,由此,提供给我们一个思路,我们可以将这个做法应用在生产上。对木质素降解能力最强的是木材白腐菌,而云芝就是其中非常重要的一种。本实验的目的就是通过云芝预处理稻草,促进后续稻草酶解聚糖至单糖的转化率。
随着全球不断变暖和矿物能源的日益枯竭,人们越来越关注环境友好和可持续型的生物燃料。由于生物质来源于空气中的自然界的H2O和CO2,燃烧后再生成H2O和CO2,所以不会增加空气中CO2的含量。因此,与矿物质能源相比,生物质能源是一种更为清洁能源。我国木材原料短缺,非木材原料丰富,是主要的纤维原料来源。我国是世界上产稻大国,稻草作为主要的剩余物,其生物质储量非常可观。长期以来,农业废弃物稻草一直被作为燃料或堆放腐烂,资源被浪费的同时也破坏了环境,如何合理的利用稻草资源是相当有意义的。稻草含有大量的碳水化合物,因此,利用稻草作为生物质原料转化生物燃料,不仅可以解决可再生能源问题,还可以减轻环境污染和为农民增收。开发低污染、低能耗、低成本的环境友好预处理方法极为迫切。
2. 国内外研究现状分析
目前,世界各国研究利用木质纤维素发酵生产乙醇的科研机构都围绕着以下几大技术关键:一是预处理工艺,即通过各种方法破坏纤维素、半纤维素与木质素的结构,从而使半纤维素水解;二是水解工艺,即通过酶法或酸法把各种物质中的纤维素、半纤维素水解成五碳糖和六碳糖;三是发酵工艺,即选用特殊的共酵菌种对五碳糖和六碳糖发酵生成酒精。
美国在利用纤维素生成乙醇的技术上拟定了以下发展方向:1、通过转基因技术的研发,使纤维酶酵母的活性比现有水平高10倍以上;2、完善同步糖化发酵法(ssf)和同步糖化共酵法(sscf);3、通过纤维素直接发酵菌的育种以开发直接发酵法(dmc)。在政府的大力倡导下,乙醇燃料在美国已达到8%的市场份额。
加拿大的logen生物技术公司使用麦秸(也可利用玉米秸及其他农作物废弃物为原料),采用稀酸结合蒸汽气爆预处理半纤维素,随后在含木质素和木糖的环境下用纤维素酶水解纤维素;液固分离,固形部分(木质素)燃烧或资源利用,液体部分进行木糖和葡萄糖联合发酵;发酵物蒸馏,蒸馏后残渣用于发电或产热。
3. 研究的基本内容与计划
内容:
1、云芝降解稻草能力研究
2、云芝预处理酶解效果研究
4. 研究创新点
1、为农业废弃物稻草进行燃料乙醇转化提供了一种新的思路;
2、传统的物理、化学等预处理方法通常需要较高的反应温度和压力,耗水耗能,并需要特殊处理设备,处理废液还会带来严重的环境问题,采用微生物预处理技术,能耗低,不会产生任何有污染的副产品,环保、节能。
