甜高粱秸稈生產燃料乙醇關鍵技術研究.pdf

1、生物質能源是僅次于煤炭、石油、天然氣的第四大能源,目前生物質能源的主要形式有燃料乙醇、生物柴油、沼氣等,其中燃料乙醇是世界上生產和使用規(guī)模最大的生物質能源,而用甜高粱秸稈作為原料生產燃料乙醇逐漸成為最具發(fā)展前途的方法之一。
　　 甜高粱(Sorghum bicolor Moench L.)是一種具有較高生物產量的C4作物,秸稈可溶性固形物含量高達15～20％,是生產燃料乙醇的適宜原料之一。甜高粱鮮秸稈除含糖外,其余成分主要為木質

2、素、纖維素、半纖維素。目前存在木質素化學結構穩(wěn)定較難降解,纖維素水解率低,利用半纖維素水解產物發(fā)酵的菌種較少等問題。在物理、化學和生物三種預處理方法中,利用微生物發(fā)酵預處理木質纖維素的方法最具發(fā)展?jié)摿?。為了提高甜高粱秸稈發(fā)酵燃料乙醇得率,本研究采用黃孢原毛平革菌、康氏木霉對甜高粱秸稈進行預處理,采用響應面法優(yōu)化菌株的發(fā)酵條件提高酶活,增加木質素、纖維素等成分的水解;并同時優(yōu)化了甜高粱秸稈液態(tài)和固態(tài)發(fā)酵工藝,主要研究結果如下:
　　

3、 1.本試驗采用偏最小二乘回歸法建立了甜高粱秸稈中纖維素,酸不溶木素、水分、灰分等組分建立近紅外光譜定量分析校正模型。纖維素、酸不溶木質素、灰分、水分含量的校正模型相關系數分別為:0.9468,0.8112,0.9069,0.8199。研究結果表明,近紅外漫反射光譜法可以快速測定秸稈各主要成分。由于目前國內尚未建立不同地區(qū)甜高粱秸稈的NIRS快速測定方法,因此模型的建立意義重大,可以用于生物質可再生能源的組分和飼用品質的預測,對加速我

4、國可再生能源的發(fā)展進程及飼用品質評估均有重要的現(xiàn)實意義。
　　 2.利用黃孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium)降解木質素,通過正交試驗確定了木素過氧化物酶的最佳培養(yǎng)條件為:培養(yǎng)13 d,接種0.5 mL,料水比1:2.5,培養(yǎng)溫度25℃,酶活771 U/mL。同時檢測到漆酶的存在,酶活為29 U/mL。
　　 3.篩選綠色木霉(Trichoderma vinde)、康氏木霉(Tricho

5、derma koningii)適合甜高粱秸稈基質的菌株,結果顯示,康氏木霉生長狀況良好,纖維素酶活力高。通過Plackett-Burman試驗篩選對康氏木霉發(fā)酵產酶影響顯著的因素,試驗結果表明培養(yǎng)時間、溫度影響顯著。采用Center Composite Design響應面優(yōu)化最佳產CMC酶活條件為:培養(yǎng)7d,溫度25.4℃,酶活58.18 U/mL;β-葡萄糖苷酶為:培養(yǎng)6.6 d,溫度27℃,酶活77.7 U/mL。
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6、.本研究采用Box-Behnken Design響應面對甜高粱液態(tài)發(fā)酵過程添加營養(yǎng)鹽的效果進行考察和評價,確定較優(yōu)的發(fā)酵條件,以備為后續(xù)放大試驗提供理論依據。模型R2=0.9662,預測精度高,預測值和實測值相關性高。最適添加量為:(NH4)2SO4=A g/L、MgSO4=Bg/L、KH2PO4=Cg/L、CaCl2=D g/L于甜高粱汁液態(tài)發(fā)酵,酒精度為9.9％。
　　 5.采用經粉碎預處理的四粒美秸稈,進行了50 kg發(fā)酵