生料玉米同步糖化發(fā)酵乙醇工藝優(yōu)化及動力學(xué)研究.pdf

1、隨著能源緊缺，環(huán)境污染的不斷加重，作為一種可再生清潔能源，燃料乙醇越來越被人們所關(guān)注，生料同步糖化發(fā)酵是一種燃料乙醇生產(chǎn)的新型工藝，相比較傳統(tǒng)蒸煮發(fā)酵工藝，不僅可以降低能耗，簡化發(fā)酵工藝，而且還可以降低底物濃度，減小底物抑制，更有利于發(fā)酵乙醇的生成。本文主要在500ml錐形瓶中對影響發(fā)酵過程的幾個重要工藝條件包括酸性蛋白酶添加量，三種營養(yǎng)鹽(NH4Cl、KH2PO4和KCl)添加量以及料水比進(jìn)行單因素研究，對發(fā)酵工藝進(jìn)行優(yōu)化，在確定最佳

2、工藝條件的基礎(chǔ)上，在5L發(fā)酵罐中針對料水比進(jìn)行放大實驗，并首次嘗試分批加料。最后通過將發(fā)酵乙醇生成動力學(xué)與酵母生長動力學(xué)進(jìn)行類比，給出了以乙醇濃度作為目標(biāo)函數(shù)的重新參數(shù)化發(fā)酵動力學(xué)模型，為工業(yè)發(fā)酵乙醇生產(chǎn)工藝優(yōu)化提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論依據(jù)，對實際發(fā)酵過程具有一定指導(dǎo)意義。
　　在對酸性蛋白酶，三種無機(jī)鹽以及料水比進(jìn)行工藝優(yōu)化研究結(jié)果表明:1.適量酸性蛋白酶的添加可以有效提高發(fā)酵乙醇產(chǎn)量。發(fā)酵乙醇濃度由85.26(g/L)提高到92.0

3、9(g/L)。2.發(fā)酵過程中隨著NH4Cl的添加，發(fā)酵乙醇濃度逐漸降低，無NH4Cl添加時發(fā)酵乙醇濃度達(dá)到最大值112.92(g/L)，添加適量的KH2PO4和KCl有利于提高發(fā)酵乙醇濃度，在KH2PO4添加為1.67×10-3g/(g·原料)，KCl添加為2.4 g×10-3g/(g·原料)時發(fā)酵乙醇達(dá)到最高值124.97(g/L)。3.將優(yōu)化后的新發(fā)酵工藝于5L發(fā)酵罐中進(jìn)行放大實驗，較原工藝(NH4Cl3.0×10-3g/(g·原料

4、)，KH2PO43×10-3g/(g·原料)，KCl2.4×10-3g/(g·原料))相比在料水比為1:2.0下發(fā)酵乙醇濃度由97.35(g/L)升高至109.40(g/L)。
　　通過對料水比放大實驗數(shù)據(jù)分析，針對同步糖化發(fā)酵末期動力學(xué)，首次嘗試采用分批加料方式進(jìn)行乙醇發(fā)酵。結(jié)果表明，分批加料較一次性加料發(fā)酵，乙醇濃度可以提高11(g/L)左右，為以后發(fā)酵實驗進(jìn)一步優(yōu)化提供研究方向和基本數(shù)據(jù)支持。
　　本文通過將乙醇生成動

5、力學(xué)類比為菌體生長動力學(xué)，得到用于描述生料同步發(fā)酵制乙醇的Logistic模型和Gompertz模型，通過不同料水比1:2.25，1:2.5，1:3.0，1:3.5乙醇生成數(shù)據(jù)對這兩種模型重新參數(shù)化得到重新參數(shù)化的生料同步發(fā)酵制乙醇的Logistic模型和Gompertz模型。并用料水比1:20發(fā)酵數(shù)據(jù)對重新參數(shù)化的生料同步發(fā)酵制乙醇的Logistic模型和Gompertz模型進(jìn)行驗證。最后通過將兩種模型通過擬合度比較，可看出Gompe