生物工程碩士開題報告
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生物工程碩士開題報告
1 課題來源
來課題源于指導老師科研項目，為實驗性課題。
2 研究目的及意義
隨著世界各國經濟發展對能源需求的增加及石油資源的瀕臨枯竭，能源危機日益突顯，許多專家估計,世界上已知的石油儲存量大約30年內將被消耗完。
[1]。所以世界各國紛紛開始研究可再生資源作為補充替代能源,其中以燃料酒精的生產最為突出。而纖維素是地球上最豐富、最廉價的可再生資源。利用微生物及酶技術，將其水解轉化成燃料乙醇是解決化學燃料短缺的有效途徑之一[2]。因此研究開發纖維素的轉化技術,將秸稈、蔗渣、廢紙、垃圾纖維等纖維素類物質高效地轉化為糖,進一步發酵成酒精,對開發新能源,保護環境具有非常重要的現實意義。近年來這一領域的研究日益受到世界上許多國家的重視。
3 國內外的研究現狀和發展趨勢
目前國內外利用秸桿物質生產酒精的技術水平還是停留在先用纖維素酶產生菌株（或其產生的纖維素酶）分解秸桿物質產生戊糖和己糖，再由乙醇發酵菌把單糖轉化為乙醇。人們多年來一直設法把一系列編碼纖維素酶和半纖維素酶的基因重組進能利用單糖發酵生產酒精的工程菌中，使之能直接將秸稈分解成單糖，進而轉化成酒精。近年來美國能源部鼓勵采用具有分解纖維素、半纖維素的整套酶類、能發酵戊糖產生有機酸的某些極端嗜熱細菌，設法引入乙醇發酵途徑的基因，同時敲除細菌中的有機酸發酵途徑，構建利用秸桿發酵乙醇代謝工程菌，這方面的前景非常誘人。與美國等國家相比我國目前以纖維質廢物為原料生產酒精仍需進一步的深入研究。
湯暉，于淼，湯樹德等研究表明： ① 用不同的化學方法預處理秸桿，其纖維素酶解效果順序為：強堿＞石灰＞氨化＞對照；同一方法在高溫下＞常溫下； ②提高酶濃度可加快酶解速率，縮短達到同一糖度時間；在相同底物和酶濃度下，采用較低溫度和延長酶解時間，可獲得較高糖度和提高糖化率；在一定的酶濃度下提高底物濃度，雖然酶解速度減慢，但糖度較高，延長酶解時間可獲得較高糖化率。 ③利用纖維素對纖維素酶的吸附—解吸特性，通過間斷抽吸糖液和等量稀釋并添加底物，所建立的纖維素酶循環有限連續糖化工藝是一種耗酶量小而高效糖化綜纖維的簡易可行工藝。
易守連通過比較次氯酸鈉法、乙醇法、堿性雙氧水法和氨水法預處理對木
質素脫除的效果得知，堿性雙氧水對玉米芯中木質素的脫除效率最高;正交試驗獲得堿性雙氧水脫除玉米芯木質素的工藝條件，處理時間對玉米芯木質素脫除率影響顯著，其主次關系為:時間>雙氧水濃度>堿濃度;最佳工藝條件為雙氧水濃度
1.5%，堿濃度 0.12mol/L，處理時間6h，木質素脫除率達78.08%[7]。最終去木質素的材料的糖化率得到明顯提高。
孫萬里等分別采用稀酸和酸堿順序兩種方法處理稻草秸稈結果表明,木質素與半纖維素對纖維素轉化為葡萄糖都有較大影響,稀酸處理的秸稈酶解纖維素轉化率(43.4 % ,葡萄糖質量濃度24.1 g/ L) 是未處理秸稈(16.8 %,葡萄糖質量濃度
6.2 g/ L) 的2.6 倍,而酸堿順序處理的秸稈(60.6 %,葡萄糖質量濃度47.7 g/ L) 則是未處理秸稈的3.6 倍。采用上述兩種方法處理秸稈后,秸稈木質素和半纖維素被移去,秸稈結構發生改變,從而秸稈纖維更易受纖維素酶的攻擊,并且秸稈木質素和半纖維素質量分數越低,纖維素的酶解得率就越高[8]。
張木明等采用酸處理、堿處理和機械粉碎3 種方法對稻草秸稈進行預處理。探討3 種預處理方法對稻草秸稈酶解產糖以及纖維素、木質素含量的影響。結果表明, 3 種預處理都可以較為有效地提高稻草秸稈的酶解產糖率。經酸處理、堿處理和機械粉碎處理后, 稻草秸稈的最高酶解產糖率分別為9.25 %, 33.16 %和10.64 %, 分別約為對照的3.4 倍、12.0 倍和4.0 倍。酸處理和堿處理可以去除部分雜質, 達到純化稻草秸稈的目的, 提高纖維素酶的作用底物——纖維素的比例, 從而提高酶解產糖率; 而機械粉碎則主要是通過提高酶反應的接觸面積來達到提高酶解產糖率的作用[9]。
董玲玲等研究發現木質纖維素中木質素的去除是影響纖維素糖化率的關鍵因素。當采用濕氧化技術處理麥稈時，木質纖維素的去除率為48.4%，半纖維素的去除率為39.5%時，纖維素的糖化率最大，可達到78.2%[10]。
4主要研究內容、方法
利用木質纖維類原料生產乙醇，傳統的方法主要分為兩個階段:第一階段研究將纖維素酶解成糖;第二階段是用酵母菌將糖發酵生成乙醇。根據報道，以糖為底物進行乙醇發酵時的理論轉化率為51％。
4.1主要內容
�。�1）葡萄糖標準曲線的繪制
（2）纖維素酶活的測定：
�。�3）纖維素水解實驗
①不同預處理過程對糖化效果的影響
�、诓煌恿戏绞綄μ腔Ч挠绊�
�。�4）發酵試驗
4.2實驗方法
（1）用DNS法測葡萄糖濃度；
（2）濾紙酶活（FPA）
�。�4）生物傳感器法測酒精含量
5工作的主要階段、進度
本實驗可分為兩大階段，第一階段研究將纖維素酶解成糖;第二階段是用釀酒酵母菌將糖發酵生成乙醇。
20**.3.1——20**.3.11 閱讀有關課題的文獻，完成外文翻譯和開題報告，
擬訂實驗方案；
20**.3.12——20**.3.25 標準曲線的測定及糖化實驗；
20**.3.26——20**.4.7發酵實驗；
20**.4.7——20**.4.12實驗數據的分析處理；
20**.5.28——20**.6.7論文的定稿及答辯。
6最終目標及完成時間
本實驗要求以去木質素纖維素為原料進行糖化發酵發酵實驗，并對其結果進行評價效果；最終目標是得到高的葡萄糖濃度，提高糖化率。
完成時間：20**.5.27
7現有條件及必須采取的措施
現有艾倫實驗室及DK2系列電熱恒溫振蕩水槽，VELP纖維素測定儀，自動雙重純水蒸餾器，袖珍數顯筆式酸度計KL-009(I)，紫外分光光度計UV-1101，離心機RJ-TGL-16B，SBA-40C型電子生物傳感器及各種實驗藥品。
必須采取的措施：分光分光光度計應添加比色皿，并注意后期的維護；大的離心機中新買的帶旋塞的離心管，在裝滿和速度過大的時候都會使旋塞脫離打在離心機的蓋上，對儀器又損害。 濾紙酶活力（u/g)葡萄糖含量（mg)酶液定容總體積5.56反應液中酶液加入量（ml）樣品重（g）時間（h）（3）糖化率的計算： 糖化率（%）還原糖量0.9100底物重量纖維素百分含量
8協助單位及要解決的.主要問題
本課題的完成應解決木質素的去除，糖化率及糖濃度的提高等技術問題，同時，需要得到……三峽大學再生能源研究所及田毅紅老師的大力支持和幫助。
參考文獻
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