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1、生物工程硕士开题报告生物工程硕士开题报告1 课题来源来课题源于指导老师科研项目，为试验性课题。2 探讨目的及意义随着世界各国经济发展对能源需求的增加及石油资源的面临枯竭，能源危机日益突显，很多专家估计,世界上已知的石油储存量大约30年内将被消耗完。1。所以世界各国纷纷起先探讨可再生资源作为补充替代能源,其中以燃料酒精的生产最为突出。而纤维素是地球上最丰富、最廉价的可再生资源。利用微生物及酶技术，将其水解转化成燃料乙醇是解决化学燃料短缺的有效途径之一2。因此探讨开发纤维素的转化技术,将秸秆、蔗渣、废纸、垃圾纤维等纤维素类物质高效地转化为糖,进一步发酵成酒精,对开发新能源,爱护环境具有特别重要的现
2、实意义。近年来这一领域的探讨日益受到世界上很多国家的重视。3 国内外的探讨现状和发展趋势目前国内外利用秸杆物质生产酒精的技术水平还是停留在先用纤维素酶产生菌株（或其产生的纤维素酶）分解秸杆物质产生戊糖和己糖，再由乙醇发酵菌把单糖转化为乙醇。人们多年来始终设法把一系列编码纤维素酶和半纤维素酶的基因重组进能利用单糖发酵生产酒精的工程菌中，使之能干脆将秸秆分解成单糖，进而转化成酒精。近年来美国能源部激励采纳具有分解纤维素、半纤维素的整套酶类、能发酵戊糖产生有机酸的某些极端嗜热细菌，设法引入乙醇发酵途径的基因，同时敲除细菌中的有机酸发酵途径，构建利用秸杆发酵乙醇代谢工程菌，这方面的前景特别迷人。与美国
3、等国家相比我国目前以纤维质废物为原料生产酒精仍需进一步的深化探讨。汤晖，于淼，汤树德等探讨表明： 用不同的化学方法预处理秸杆，其纤维素酶解效果依次为：强碱石灰氨化比照；同一方法在高温下常温下； 提高酶浓度可加快酶解速率，缩短达到同一糖度时间；在相同底物和酶浓度下，采纳较低温度和延长酶解时间，可获得较高糖度和提高糖化率；在肯定的酶浓度下提高底物浓度，虽然酶解速度减慢，但糖度较高，延长酶解时间可获得较高糖化率。 利用纤维素对纤维素酶的吸附解吸特性，通过间断抽吸糖液和等量稀释并添加底物，所建立的纤维素酶循环有限连续糖化工艺是一种耗酶量小而高效糖化综纤维的简易可行工艺。易守连通过比较次氯酸钠法、乙醇法
4、、碱性双氧水法和氨水法预处理对木质素脱除的效果得知，碱性双氧水对玉米芯中木质素的脱除效率最高;正交试验获得碱性双氧水脱除玉米芯木质素的工艺条件，处理时间对玉米芯木质素脱除率影响显著，其主次关系为:时间>双氧水浓度>碱浓度;最佳工艺条件为双氧水浓度1.5%，碱浓度 0.12mol/L，处理时间6h，木质素脱除率达78.08%7。最终去木质素的材料的糖化率得到明显提高。孙万里等分别采纳稀酸和酸碱依次两种方法处理稻草秸秆结果表明,木质素与半纤维素对纤维素转化为葡萄糖都有较大影响,稀酸处理的秸秆酶解纤维素转化率(43.4 % ,葡萄糖质量浓度24.1 g/ L) 是未处理秸秆(16.8 %
5、,葡萄糖质量浓度6.2 g/ L) 的2.6 倍,而酸碱依次处理的秸秆(60.6 %,葡萄糖质量浓度47.7 g/ L) 则是未处理秸秆的3.6 倍。采纳上述两种方法处理秸秆后,秸秆木质素和半纤维素被移去,秸秆结构发生变更,从而秸秆纤维更易受纤维素酶的攻击,并且秸秆木质素和半纤维素养量分数越低,纤维素的酶解得率就越高8。张木明等采纳酸处理、碱处理和机械粉碎3 种方法对稻草秸秆进行预处理。探讨3 种预处理方法对稻草秸秆酶解产糖以及纤维素、木质素含量的影响。结果表明, 3 种预处理都可以较为有效地提高稻草秸秆的酶解产糖率。经酸处理、碱处理和机械粉碎处理后, 稻草秸秆的最高酶解产糖率分别为9.25
6、%, 33.16 %和10.64 %, 分别约为比照的3.4 倍、12.0 倍和4.0 倍。酸处理和碱处理可以去除部分杂质, 达到纯化稻草秸秆的目的, 提高纤维素酶的作用底物纤维素的比例, 从而提高酶解产糖率; 而机械粉碎则主要是通过提高酶反应的接触面积来达到提高酶解产糖率的作用9。董玲玲等探讨发觉木质纤维素中木质素的去除是影响纤维素糖化率的关键因素。当采纳湿氧化技术处理麦秆时，木质纤维素的去除率为48.4%，半纤维素的去除率为39.5%时，纤维素的糖化率最大，可达到78.2%10。4主要探讨内容、方法利用木质纤维类原料生产乙醇，传统的方法主要分为两个阶段:第一阶段探讨将纤维素酶解成糖;其次阶
7、段是用酵母菌将糖发酵生成乙醇。依据报道，以糖为底物进行乙醇发酵时的理论转化率为51。4.1主要内容（1）葡萄糖标准曲线的绘制（2）纤维素酶活的测定：（3）纤维素水解试验不同预处理过程对糖化效果的影响不同加料方式对糖化效果的影响（4）发酵试验4.2试验方法（1）用DNS法测葡萄糖浓度；（2）滤纸酶活（FPA）（4）生物传感器法测酒精含量5工作的主要阶段、进度本试验可分为两大阶段，第一阶段探讨将纤维素酶解成糖;其次阶段是用酿酒酵母菌将糖发酵生成乙醇。20*.3.120*.3.11 阅读有关课题的文献，完成外文翻译和开题报告，拟订试验方案；20*.3.1220*.3.25 标准曲线的测定及糖化试验；
8、20*.3.2620*.4.7发酵试验；20*.4.720*.4.12试验数据的分析处理；20*.5.2820*.6.7论文的定稿及答辩。6最终目标及完成时间本试验要求以去木质素纤维素为原料进行糖化发酵发酵试验，并对其结果进行评价效果；最终目标是得到高的葡萄糖浓度，提高糖化率。完成时间：20*.5.277现有条件及必需实行的措施现有艾伦试验室及DK2系列电热恒温振荡水槽，VELP纤维素测定仪，自动双重纯水蒸馏器，袖珍数显笔式酸度计KL-009(I)，紫外分光光度计UV-1101，离心机RJ-TGL-16B，SBA-40C型电子生物传感器及各种试验药品。必需实行的措施：分光分光光度计应添加比色皿
9、，并留意后期的维护；大的离心机中新买的带旋塞的离心管，在装满和速度过大的时候都会使旋塞脱离打在离心机的盖上，对仪器又损害。 滤纸酶活力（u/g)葡萄糖含量（mg)酶液定容总体积5.56反应液中酶液加入量（ml）样品重（g）时间（h）（3）糖化率的计算： 糖化率（%）还原糖量0.9100底物重量纤维素百分含量8帮助单位及要解决的主要问题本课题的完成应解决木质素的去除，糖化率及糖浓度的提高等技术问题，同时，须要得到三峡高校再生能源探讨所及田毅红老师的大力支持和帮助。参考文献1中国农业部/美国能源部项目专家组.中国生物质资源可获得性评价M.北京:中国环境科学出版社,1998,11-22,78-79,
10、101-106.2陈洪章 ,李佐虎. 影响纤维素酶解的因素和纤维素酶被吸附性能的探讨J. 化学反应工程与工艺,2000,6(1),30-34.3Ma Teresa Garca-Cubero, Gerardo Gonzlez-Benito, Silvia Bolado. Effect of ozonolysis pretreatment on enzymatic digestibility of wheat and rye strawJ. Bioresource Technology, 2009, 100: 1608-1613.4郭廷杰.美日利用纤维素生物质原料制燃料乙醇的技术开发IJ.能源技术
11、,2004,(2)61-63.5柴文淼.纤维素酶水解的进展J.浙江林业科技,1981,(1)63-65.6易守连.农作物秸秆木质纤维素组分分别及高效糖化工艺探讨D.合肥工业高校硕士学位论文，2010,(2)1-56.7常秀莲.木质纤维素发酵乙醇的探讨J.酿酒科技,2001,(2)39-42.8汤晖, 于淼,汤树德.纤维素酶解条件和连续酶解工艺的探讨J.黑龙江八一农垦高校学报,2010,(4)72-75.9孙万里.木质素与半纤维素对稻草秸秆酶解的影响J.食品与生物技术学报, 2010，29(1)18-22.10李稳宏, 吴大雄, 李宝璋.麦秸纤维素酶解法制糖探讨J.化学工程,2009,(3)12
12、5-128.11董玲玲.半纤维素和木质素去除对纤维素糖化过程的影响J.农产品加工,2009,(4)31-3512孔雷, 赵鸣镝, 吴永红.滤纸糖-DNS比色法测定纤维素酶活力D.湖南农业高校,1999,(1)25-29.13Li Zhu,Mark T.Holtzapple Structural features affecting biomass enzymatic digestibilityJ,Bioresource Technology, 2008, 99（9）:3817-3828.14李鸿玉, 厉重先.促进剂H对纤维素滤纸酶活及酶促反应动力学特性的影响J.食品工业科技,2007,(6)81-87.15李亮亮,牛森.纤维素酶活力测定方法的比较探讨J.辽宁农业科学,2001,(4)39-42.16苏茂尧 ,张力田.纤维素的酶水解糖化J.纤维素科学与技术,1995,(1)30-36.17陈洪章 ,李佐虎. 影响纤维素酶解的因素和纤维素酶被吸附性能的探讨J. 化学反应工程与工艺,2000,6(1),30-34.18李春玲, 张宁, 李杰, 孙长征.酿酒酵母在纤维素酒精发酵中的应用J.中粮生化能源, 2010(3)33-35.