玉米芯無(wú)機(jī)酸預(yù)處理及同步糖化發(fā)酵制乙醇研究.pdf

1、石油、煤炭等傳統(tǒng)能源日益枯竭,且對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。利用豐富而廉價(jià)的木質(zhì)纖維素資源生產(chǎn)生物乙醇能夠緩解人類(lèi)所面臨的能源與環(huán)境危機(jī),對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展具有十分重大的意義。本文對(duì)玉米芯轉(zhuǎn)化為生物乙醇過(guò)程中的預(yù)處理以及同步糖化發(fā)酵等問(wèn)題進(jìn)行了研究。
　　研究了120?C條件下玉米芯在HNO3,HCl和HNO3/HCl(1:1)溶液中的水解情況。結(jié)果表明,在相同條件下,HCl催化水解玉米芯生產(chǎn)木糖的能力大于HNO3,但HNO3

2、催化能產(chǎn)生較少的糠醛,并且對(duì)木質(zhì)素的去除作用要強(qiáng)于HCl。綜合考慮木糖產(chǎn)率、抑制劑的濃度、木質(zhì)素的去除率和試劑的價(jià)格等因素,發(fā)現(xiàn)HNO3/HCl最適合用來(lái)處理玉米芯。對(duì)預(yù)處理前后的玉米芯在150 g/L底物濃度條件下進(jìn)行同步糖化發(fā)酵。結(jié)果表明,未經(jīng)過(guò)預(yù)處理的玉米芯經(jīng)發(fā)酵后乙醇的產(chǎn)率為48.8％,預(yù)處理后,乙醇產(chǎn)率增加到61.9%,相應(yīng)的發(fā)酵液中乙醇的濃度由15.8 g/L增加到38.1 g/L,增加了大約1.4倍。
　　研究了HN

3、O3/HCl在不同配比(3:1,2:1,1:1,1:2和1:3)下協(xié)同催化玉米芯水解的情況。結(jié)果表明,兩種酸的比例為1:1(HNO3和HCl的重量比)時(shí),催化效果最好。在此基礎(chǔ)上,利用正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)水解條件進(jìn)行了優(yōu)化,考察了反應(yīng)溫度(90?C,120?C,150?C),反應(yīng)時(shí)間(30 min,60 min,80 min)和固含量(5%,10%,15%)對(duì)玉米芯水解效果的影響。得出最佳的反應(yīng)條件為:反應(yīng)溫度120?C,反應(yīng)時(shí)間30 min

4、,固含量15%,在該條件下,液相中木糖的產(chǎn)率為81.1%,相應(yīng)的木糖濃度為55.7 g/L;固相中纖維素含量增加到63.4%,比原料中纖維素的含量提高了25.3%。
　　將經(jīng)過(guò)預(yù)處理的玉米芯作為同步糖化發(fā)酵的底物,考察了底物濃度、發(fā)酵溫度、起始 pH、酶添加量、接種量對(duì)同步糖化發(fā)酵的影響。結(jié)果表明,同步糖化發(fā)酵合適的底物濃度為150 g/L,在37?C,pH5.0,纖維素酶用量為30 FPU/g底物,酵母接種量為10%(w/v),