臺灣博碩士論文加值系統

全世界每年產生約4300萬噸豆渣、110萬噸醬油渣，數量相當龐大，若能將這些含有豐富之纖維廢棄物加以處理利用，不僅可解決廢棄物的問題，還可回收作為有用的資源。
本研究以豆腐渣、醬油渣為原料，針對原料在酸水解反應下對還原醣產量的影響，探討硫酸濃度及溫度，並應用多變量迴歸分析與反應曲面圖分析數據。
實驗結果顯示，每公克豆腐渣（乾基）產生還原醣的最適化條件為：硫酸濃度10%、溫度111℃，還原醣產率實際值為418.6 mg/g，其中45.79 mg為葡萄糖、190.86 mg為木糖；每公克醬油渣（乾基）產生還原醣的最適化條件為：硫酸濃度23%、溫度90℃，還原醣產率實際值為203.9 mg/g，其中100.29 mg為葡萄糖、32.64 mg為木糖。
本研究確認豆渣、醬油渣原料可經酸水解方式產生生質酒精的基本原料－葡萄糖與木糖，並經由實驗設計法得到最適化之條件。

Each year, the world generates 43 million tons of soybean residue and 1.1 million tons of soy sauce residue. At present, most of those residues are sent to landfills or composting facilities. Since those residue contain 50-55% cellulose and 15-20% of fats, it is desired to convert those into useable materials such as cellulose and xylose.
This work was to explore the feasibility of applying acid hydrolysis to convert those residues into cellulose and xylose. Experimental design method was used to determine the experimental conditions such as reaction temperature and acid concentration. Multivariate regression and response surface methods were applied to analyze the data.
Experimental results showed that each gram of soybean residue could produce the maximum amount (418.6 mg) of reducing sugars, which includes 45.79 mg of glucose and 190.86 mg of xylose, when the acid concentration and temperature were 10% and 111℃, respectively. Each gram of soy sauce residue could produce the maximum amount (203.9 mg) of reducing sugars including 100.29 mg of glucose and 32.64 mg of xylose, when the acid concentration and temperature were 23% and 90℃, respectively.
This work demonstrated that both soy and soybean residues could be used as a raw material for the production of glucose and xylose, which could be fermented further into alcohols.

摘要 i
ABSTRACT ii
致謝 iv
目錄 v
表目錄 x
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 研究動機 3
1-3 研究目的 6
第二章 文獻回顧 7
2-1 生質能源 7
2-2 生質酒精 9
2-3 生質酒精發展 13
2-3-1 第一代生質酒精 13
2-3-2 第二代生質酒精 13
2-4 國外生質酒精發展 14
2-5 國內生質酒精發展 16
2-6 木質纖維素之來源及組成 17
2-7 纖維素轉化生質酒精技術 19
2-7-1 前處理 19
2-7-1-1 物理前處理 19
2-7-1-2 化學前處理 20
2-7-2 酵素法 21
2-8 稀酸水解製程 23
2-9 葡萄糖與木糖之應用 26
第三章 實驗材料與方法 28
3-1 實驗流程 28
3-2 實驗材料 30
3-3 實驗藥品 31
3-4 實驗設備 32
3-5 實驗方法與步驟 34
3-5-1 原料前處理 34
3-5-2 稀酸水解 34
3-5-3 DNS試劑配置 34
3-5-4 葡萄糖檢量線製作 35
3-5-5 醣類濃度計算 36
3-5-6 水解液濃度分析 37
3-6 實驗設計 38
3-6-1 反應曲面法 38
3-6-1-1 反應曲面法之優點 38
3-6-1-2 反應曲面法之最適化步驟 39
3-6-2 中心組合法 44
第四章 結果與討論 46
4-1 稀酸水解試驗 46
4-1-1 豆渣稀酸水解試驗 46
4-1-2 豆渣之實驗結果與迴歸分析 47
4-1-3 醬油渣稀酸水解試驗 51
4-1-4 醬油渣之實驗結果與迴歸分析 52
4-2 水解液之濃度分析 57
4-2-1 豆渣水解液之實驗結果 59
4-2-2 醬油渣水解液之實驗結果 63
第五章 結論 66
參考文獻 68

1. Abbi, M., Kuhad, R.C., Singh, A., 1996, Bioconversion of pentose sugars to ethanol by free and immobilized cells of Candida shehatae: Fermentation behavior, Process Biochemistry, Vol. 31, pp. 555-560.
2. Bauchat, L. R., Food and Beverage Mycology. AVI Publishing Company, Inc. Westport, Connecticut. p.232, 1978.
3. Box, G. E. P., Hunter, W. G. and Hunter., 1978, J. S. Statics for experimenters: an introduction to design,data analysis, and model bulding. John Wiley & Sons,New York..
4. Badal, C.S., Loren, B.I., Michael, A., Cotta, Y., Victor Wu, 2005, Dilute acid pretreatment, enzymatic saccharification and fermentation of wheat straw to ethanol/ Process Biochemistry 40, 3693-3700.
5. Ballesteros, M., Oliva, J.M., Negro, M.J., Manzanares, P., Ballesteros, I., 2004, Ethanol from lignocellulosic materials by a simultaneous saccharification and fermentation process (SFS) with Kluyveromyces marxianus CECT 10875. Process Biochemistry 39, 1843-1848.
6. Duff, S. J. B. and W. D. Murray. 1996. Bioconversion of forest products industry waste cellulosics to fuel ethanol: A review. Bioresource Technology 55:1-33.
7. Department of Energy ,DOE., 2006,U.S.: Energy Efficiency and Renewable Energy. Available at:www.eere.energy.gov/biomass/ dilute_acid.html. Accessed 10 April 2006.
8. Dale, B.E., Henk, L.L., Shiang, M., 1984, Fermentation of lignocellulosic materials treated by ammonia freeze-explosion. Dev. Ind. Microbiol. 26, 223–233.
9. Fan, L. T.,M. M. Gharpuray, Y. H. Lee. 1987. Cellulose hydrolysis Biotechnology Monographs, p. 57. Berlin:Springer-Verlag.
10. Giovanni, M., 1983, Response surface methodology and product optimization. Food Technol., 37, 41- 45.
11. Gaden E.L. Jr., 1987, Cellulose hydrolysis. Berlin: Springer-Verlag.
12. Hendriks, A.T.W.M, Zeeman, G., 2009. Pretreatments to enhance the digestibility of lignocellulosic biomass. Bioresource Technology, 100, 10-18.
13. Himmelblau, D. M.. Process analysis by statistical methods. John Wiley and Sons, New York., 230-292, 1970.
14. H.s. Liu and C.W. Wang ,"A kindtic study of alpha-amylase from Bacillus subtilis on soluble starch",Bulletin of the Colloge of Engineering, N.T.U.,No.60,pp. 15-22 1994.
15. Mosier, N., Wyman, C., Dale, B., Elander, R., Lee,Y.Y., Holtzapple, M, Ladisch, M., 2005. Features of promising technologies for pretreatment of lignocellulosic biomass. Bioresource Technology, 96 , 673-686.
16. Millett, M. A,, M. J. Effland, D. P. Caulfield. 1976. Influence of fine grinding on the hydrolysis of cellulosic materials-acid versus enzymatic. Advances in Chemistry Series 181:71-89.
17. Miller, G. L. 1959. Use of dinitrosalicylic acid reagent for determination of reducing sugar. Analytical Chemistry. 31(3): 426-428.
18. Redondo-Cuenca,A., Villanueva-Suarez,J.,Mateos-Aparicio,IN., Soybean seeds and its by-product okara as sources of dietary fiber. Measurement ,AOAC and Englyst methods,Food Chemustry. Vol.10,2008.
19. Parminder, P., Kaur, J.S., 1998, Enzymic hydrolysis of rice straw by crude cellulase form Trichoderma reesei. Bioresource Technology 66, 267-269.
20. Sivers, M.V. and G. Zacchi. 1995. A techno-economical comparison of three processes for the production of ethanol from pine. Bioresource Technology. 51: 43-52.
21. Subramaniyan, S., Prema, P. 2002. Biotechnology of microbial xylanases：enzymology, molecular biology, and application. Crit. Rev. Biotechnol. 22：33-64.
22. Sun, Y. and J. Y. Cheng., 2002, Hydrolysis of lignocellulosic materials for ethanol production: a review. Bioresource Technology 83:1-11.
23. Szebgyel, Z., 2000, Ethanol from wood cellulose enzyme production., Lund University, Sweden:Lund.
24. Wood, T. M. 1985. Properties of cellulolytic enzyme systems. Biochem. Soc. Trans. 13：407-410.
25. Zhang, Y.H.P., Lynd, L.R., 2004. Toward an aggregated understanding of enzymatic hydrolysis of cellulose: Noncomplexed cellulase systems. Biotechnology and Bioengineering,88, 797-824.
26. 黃宜瑾，2007，介質研磨對纖維素之酵素水解動力學的影響，國立台灣大學，碩士論文。
27. 黃宗煌、黃瀕儀，2005年。「稻田轉種能源作物生產生物能源的評估與政策整 合」，2005水稻田農業多樣性機能研討會。台中：僑光技術學院。2005年5月。
28. 黃盈惠，2010年。以二次酸水解方法轉化豆渣為葡萄糖與木糖，國立高雄第一科技大學，碩士論文。
29. 陳文恆、郭家倫、黃文松、王嘉寶，2007，纖維酒精技術之發展。農業生技產業季刊-植物種苗生技，第九期，第62 ~ 69 頁。
30. 陳俊吉，2003，利用回應曲面法探討添加胺基酸對肌酸酵素生產之影響，國立成功大學，碩士論文。
31. 陳孝宇，2006，發展生質柴油和生質酒精對台灣農業部門之影響分析，國立台灣大學，碩士論文。
32. 陳芃，2008，二代生質技術，以纖維素產製生質燃料，能源報導，97年5月。
33. 洪哲穎，陳國誠，回應曲面實驗設計法在微生物酵素生產上之應用，化工39(2)：3-18，1992。
34. 洪永杰、許博爾，2005，纖維素轉換生質酒精技術專利檢索與分析報告，元智大學最佳化實驗設計室。
35. 吳韋靜、周楚洋，2008，利用稀酸前處理分解木質纖維素生質廢棄物，國立臺灣大學，碩士論文。
36. 吳耿東，2008，認識生質能源，物理雙月刊，第30卷第4期，第377-388頁。
37. 謝志誠，2007，關於生質能源。http://tw.myblog.yahoo.com/twbiomass/
38. 尤智立，2003。嗜高溫纖維分解菌纖維分解酵素的探討，國立中山大學生物科學研究所，碩士論文。
39. 齊倍慶，2000。從堆肥中篩選纖維素分解酵素生產菌及其酵素性質研究，國立清華大學生命科學研究所，碩士論文。
40. 戴上凱，2004。熱穩定性纖維素分解細菌分離株之特性探討與親緣關係之研究，國立中山大學生物科學研究所，博士論文。
41. 林祐生、李文乾，2009，生質酒精，科學發展433期，20 ~ 25頁。
42. 王嘉寶，纖維酒精技術發展，植物生技第九期，2007年。
43. 鐘振聲、王亞麗、齊玉堂、張維農，醬油渣中油脂的提取及其質量指標分析，中國油脂，第31卷，第11期，2006。
44. 張嘉修，2004，纖維素水解菌之培養策略與纖維素水解酵素之鑑定，國立成功大學，碩士論文。
45. 門立中、郭家倫、陳威希、湯俊彥，2005，生質能之纖維質轉化酒精程序探討，核能研究所，INER-3732。
46. 蘇聖凱，2005，反應曲面法在複雜網路上的應用，國立中央大學，碩士論文。
47. 楊欣儀，2007，大豆產品未來發展與市場潛力(FIRDI-0453-S502(95))，食品研究所，新竹市。
48. 趙國評，2007，淺談生質酒精，林業研究專訊 Vol.14 No.3 2007。
49. 蔡詩珊，2008，淺談生質能，綠基會通訊，節約能源中心，97年10月。
50. 能源產業技術白皮書，2010，經濟部能源局，台北。
51. 惠典市場研究報告網 http://www.hdcmr.com/，2011年中國醬油市場趨勢觀察研究預測報告，第99頁，2010。