汽爆玉米秸稈發(fā)酵制取生物丁醇的試驗(yàn)研究.pdf

1、石油短缺和價(jià)格上漲已經(jīng)成為制約全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要因素之一,因此新型生物能源的開發(fā)已成為社會(huì)發(fā)展的必然趨勢。而以秸稈為原料發(fā)酵生產(chǎn)的新一代生物燃料-丁醇,具有原料來源廣泛、價(jià)格低廉、可再生、緩解環(huán)境危機(jī)和糧食危機(jī)等優(yōu)點(diǎn),已成為替代石油能源的重要選擇之一。但是,目前國內(nèi)外對以汽爆玉米秸稈為原料發(fā)酵丁醇還缺少較系統(tǒng)的深入研究。因此,本文對以汽爆玉米秸稈為原料進(jìn)行丁醇發(fā)酵展開了研究。首先介紹了丁醇作為燃料的優(yōu)越性、秸稈發(fā)酵生物丁醇燃料的重要意義

2、以及丁醇發(fā)酵在國內(nèi)外的研究進(jìn)展;其次,闡述了纖維原料預(yù)處理的方法和纖維素原料酶解液中的副產(chǎn)物對發(fā)酵的抑制作用,以及幾種酶解液脫毒方法的分析和比較;進(jìn)一步闡述了丁醇發(fā)酵的代謝機(jī)理和幾種丁醇發(fā)酵工藝的研究進(jìn)展,以及推進(jìn)秸稈發(fā)酵制取丁醇燃料工業(yè)化的幾個(gè)亟待解決的問題和發(fā)展前景。
　　 本論文以汽爆玉米秸稈為原料,主要從木質(zhì)纖維素發(fā)酵生產(chǎn)生物丁醇的研究進(jìn)展、汽爆玉米秸稈脫毒工藝和糖化工藝的考察、抑制劑成分分析、秸稈發(fā)酵丁醇工藝條件的優(yōu)化

3、以及秸稈發(fā)酵丁醇的動(dòng)力學(xué)研究等幾個(gè)方面對汽爆玉米秸稈發(fā)酵丁醇工藝進(jìn)行了考察,結(jié)論如下:
　　 (1)通過對以汽爆玉米秸稈為原料的不同脫毒發(fā)酵試驗(yàn)結(jié)果的考察和比較,得出汽爆玉米秸稈經(jīng)脫毒工藝Ⅳ處理后,再進(jìn)行丁醇發(fā)酵,丁醇濃度達(dá)到了6.33g/L,糖耗率為84.17％,遠(yuǎn)高于其它九種脫毒發(fā)酵的丁醇產(chǎn)量和糖耗率,因此得出脫毒工藝Ⅳ,即汽爆玉米秸稈經(jīng)水洗預(yù)處理脫毒后,再經(jīng)酶解、離心去除沉淀物,并補(bǔ)加營養(yǎng)物質(zhì)是一條較佳的脫毒工藝路線;用高

4、效液相色譜檢測出汽爆玉米秸稈酶解液中含有的抑制劑成分有甲酸、乙酰丙酸、羥甲基糠醛和糠醛。水洗脫毒能夠有效解除丁醇發(fā)酵的抑制作用,可明顯降低甲酸的含量,乙酰丙酸次之,然后是羥甲基糠醛,最后是糠醛。
　　 (2)以還原糖含量和發(fā)酵丁醇濃度為考察目標(biāo),通過對不同糖化工藝試驗(yàn)結(jié)果的比較和分析,得出糖化工藝V,即首先加入纖維素酶量的1/3,反應(yīng)24 h后,再加入1/3纖維素酶,剩下的纖維素酶再隔12 h后加入,共糖化48 h是一條較佳的工

5、藝路線。
　　 (3)采用單因素分析和正交試驗(yàn),對丁醇發(fā)酵工藝中8個(gè)影響因素進(jìn)行考察研究,得到了在溫度37℃,pH7.0,底物濃度(質(zhì)量分?jǐn)?shù))15%,纖維素酶用量30IU/g,菌種種齡27 h,接種量7%及優(yōu)化的培養(yǎng)基組成:酵母抽提物1 g/L、KH2PO40.8 g/L、MgSO4·7H2O0.1 g/L、(NH4)2SO42 g/L、FeSO4·7H2O0.03 g/L、尿素2 g/L和發(fā)酵周期為48 h的條件下,丁醇濃度達(dá)

6、到9.42 g/L。表明脫毒處理后的汽爆玉米秸稈酶解液發(fā)酵丁醇,取得了良好的發(fā)酵效果,這些結(jié)果可以為進(jìn)一步放大試驗(yàn)研究提供重要的參考依據(jù)。
　　 (4)通過對脫毒處理后的汽爆玉米秸稈酶解液發(fā)酵丁醇進(jìn)行動(dòng)力學(xué)研究,構(gòu)建了汽爆玉米秸稈酶解液發(fā)酵丁醇的動(dòng)力學(xué)模型,其模型為:底物消耗模型:dS/dt=0.2742dX/dt-0.2446X;菌體生長模型:dX/dt=0.0466S/0.2071+S(1-0.1254P);丁醇產(chǎn)物形成模型