平菇菌糠稀硫酸—酶法水解工艺的研究

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菌糠是指栽培食用菌后的废弃培养基。目前大部分的菌糠没有得到充分的利用而是被烧掉,既污染环境又造成能源的浪费。为提高其综合利用率,本论文重点从硫酸预处理和酶解的角度来研究不同条件对单糖产率的影响,为进一步将其用于生产能源和其他的产品奠定基础。本论文首次以平菇菌糠为研究体系,以综合利用平菇菌糠为目的,对平菇菌糠进行稀硫酸高温预处理,然后对处理后的菌糠进行纤维素酶和木聚糖酶的水解,通过进行系统研究和工艺优化,达到了菌糠的木质纤维素最佳水解效果。本文讨论了反应温度、硫酸浓度和预处理时间对硫酸预处理菌糠产生还原糖的影响,得到了各条件影响规律。利用正交设计对实验条件进行了优化,得到最佳的预处理条件:硫酸浓度为4%,反应温度为121℃,预处理时间为2h,固液比为1:16,在此条件下,还原糖的产量达到267.57g还原糖/Kg菌糠。为降低预处理的实验成本和减少环境污染,对菌糠预处理溶液进行了回收利用,并且得出最佳回收利用次数为4次。稀硫酸水解液的主要水解产物为葡萄糖、木糖以及少量的阿拉伯糖。为了提高菌糠的综合利用,利用纤维素酶和木聚糖酶对菌糠进行酶解实验。对于影响平菇菌糠纤维素酶和木聚糖酶水解的五个因素:反应时间、底物浓度、温度、pH和酶浓度进行了单次单因子实验研究,得出了平菇菌糠纤维素酶水解的最佳条件:酶浓度200FPU/g底物,底物浓度10%,温度50℃,pH4.8,反应时间48h。在此条件下进行酶水解实验,还原糖产量为71.07 g/Kg底物;木聚糖酶水解的最佳条件:酶浓度2500FPU/g底物,底物浓度10%,温度50℃,pH4.8,反应时间48h。在此条件下进行酶水解实验,还原糖产量为30.62g/Kg底物。对稀硫酸预处理后的菌糠进行纤维素酶和木聚糖酶解实验。对于影响稀硫酸预处理后的平菇菌糠纤维素酶水解的五个因素进行了单因子实验研究,得出了稀硫酸预处理后的平菇菌糠纤维素酶水解的最佳条件:酶浓度200FPU/g底物,底物浓度10%,温度40℃,pH4.8,反应时间72h。在此条件下,还原糖产量为55.82g/Kg底物。在上述最优的条件下,添加木聚糖酶强化纤维素酶水解能够明显的增加还原糖的产量;木聚糖酶的最佳添加量为2500FPU/g底物;适当的转速能够增加还原糖的产量。利用薄层层析定性分析酶水解液的糖组分,经稀硫酸预处理后菌糠酶水解液中含有的木糖明显少于未经稀硫酸处理的菌糠。通过扫描电镜观察得出稀硫酸预处理和酶水解能够明显的改变菌糠的物理结构。
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