酸爆楊木復(fù)合酶解發(fā)酵過(guò)程控制及動(dòng)力學(xué)探究.pdf

1、生物乙醇屬于可再生能源的重要部分，利用木質(zhì)纖維轉(zhuǎn)化生物乙醇廣受社會(huì)的關(guān)注和支持。近年來(lái)，其科學(xué)研究取得較大進(jìn)展，但木質(zhì)纖維高效預(yù)處理、酶解糖化、C5/C6糖協(xié)同發(fā)酵等關(guān)鍵技術(shù)仍是國(guó)內(nèi)外研究重點(diǎn)。為提高乙醇得率、簡(jiǎn)化工藝、降低成本，針對(duì)楊木纖維生物轉(zhuǎn)化乙醇關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了以下研究:
　　(1)對(duì)稀磷酸浸漬結(jié)合蒸汽爆破楊木屑（簡(jiǎn)稱酸爆楊木）處理效果分析。通過(guò)掃描電鏡(SEM)觀察纖維結(jié)構(gòu)變化，纖維素測(cè)定儀測(cè)定纖維素、半纖維素、木質(zhì)素成分

2、變化。結(jié)果表明:在2％(w/w)磷酸，固液比1∶2.5，預(yù)浸漬1h，蒸汽爆破壓強(qiáng)2Mpa，維壓時(shí)間180s條件下處理?xiàng)钅拘迹行У钠茐牧四举|(zhì)纖維結(jié)構(gòu)，使半纖維素降解率達(dá)到64.71％，纖維素降解率達(dá)20.59％。
　　(2)以酸爆楊木屑為原料，還原糖濃度為評(píng)價(jià)指標(biāo)，研究了酶解溫度，初始pH值，酶解時(shí)間，酶量，復(fù)合酶比對(duì)酶解效果的影響。結(jié)果表明，酶解最佳條件:酶解溫度45℃，初始pH5.5，酶量15-20IU/mL，酶解時(shí)間8-16

3、h，β-葡萄糖苷酶/濾紙酶酶比1.56。獲得最高還原糖濃度61.86mg/mL，還原糖得率高達(dá)72.78％。進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，得出因素影響大小的順序?yàn)槊副龋境跏紁H值＞酶解溫度，所得理論的最優(yōu)組合為:初始pH5.2，酶解溫度46℃，酶比1.62。
　　(3)以乙醇濃度為發(fā)酵效果評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過(guò)挑選優(yōu)良菌種，比較不同的酶解、發(fā)酵工藝，獲得產(chǎn)乙醇效果較好的菌種和工藝流程，再對(duì)發(fā)酵過(guò)程進(jìn)行控制。具體試驗(yàn)如下:①以純糖發(fā)酵產(chǎn)乙醇，對(duì)原始釀

4、酒酵母S1，馴化選育出的釀酒酵母優(yōu)勢(shì)菌株S2及紫外結(jié)合γ射線誘變的釀酒酵母菌株S3進(jìn)行評(píng)價(jià)。獲得發(fā)酵效果最佳的菌株S2乙醇濃度34.89g/L，對(duì)應(yīng)的乙醇得率（葡萄糖計(jì)算理論得率）91.22％。②以酸爆楊木屑為原料，驗(yàn)證單一酶解與復(fù)合酶解工藝的共發(fā)酵效果，結(jié)果表明，單一酶解共發(fā)酵乙醇最大濃度為19.85g/L，最高得率為45.17％;復(fù)合酶解共發(fā)酵乙醇最大濃度為31.09g/L，最高乙醇得率為71.72％，乙醇得率提高了26.55％。③

5、以酸爆楊木屑為原料，對(duì)同步糖化發(fā)酵與共發(fā)酵工藝進(jìn)行比較，結(jié)果表明，大腸桿菌KO11與釀酒酵母S2共發(fā)酵效果最佳，乙醇濃度達(dá)到35g/L，乙醇得率為80.74％;馴化選育出的優(yōu)勢(shì)菌株釀酒酵母S2的發(fā)酵乙醇濃度達(dá)34.04g/L。④從菌種耐受性、簡(jiǎn)化工藝過(guò)程及高產(chǎn)乙醇得率等綜合考慮，以酸爆楊木為原料，選擇發(fā)酵菌種S2，對(duì)復(fù)合酶解發(fā)酵過(guò)程進(jìn)行控制。研究酶解時(shí)間和通氣時(shí)間對(duì)發(fā)酵的影響。結(jié)果表明，乙醇濃度隨著酶解時(shí)間的增加呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，在酶解8-

6、16h乙醇濃度達(dá)到30g/L以上，具有較好的效果。隨著通氣時(shí)間的增加，還原糖被利用的越徹底，乙醇濃度升高;通氣時(shí)間最佳為6-8h時(shí)，乙醇濃度最高為34.91g/L，乙醇得率為80.53％。
　　通過(guò)電鏡掃描、GC/MS法分析酶解發(fā)酵對(duì)酸爆楊木的影響。隨著酶解、發(fā)酵的進(jìn)行，酸爆楊木結(jié)構(gòu)破壞程度逐漸加深。GC/MS分析鑒別出液體中均含十多種化合物（酚類、苯類、烷類）及成分的變化。結(jié)果表明，酸爆預(yù)處理產(chǎn)生了抑制物，酶解過(guò)程伴隨有抑制物的