利用黑麥草制乙醇菌種的篩選及分步糖化發(fā)酵工藝的研究.pdf

1、隨著日益增長的能源消耗和嚴(yán)峻的環(huán)境問題，乙醇由于其廉價(jià)、清潔、可再生等優(yōu)點(diǎn)有望替代石油成為新能源。目前世界上生產(chǎn)燃料乙醇的主要原料是谷物如玉米、小麥等，但對中國來說采用糧食作物生產(chǎn)燃料乙醇并不是可持續(xù)的方法。木質(zhì)纖維素由于其廉價(jià)、可再生性、資源豐富等優(yōu)點(diǎn)逐漸顯現(xiàn)其做為燃料乙醇新型原料的優(yōu)勢。本文針對黑麥草（Lolium perenne）這一纖維原料，篩選可發(fā)酵其水解產(chǎn)物的菌株，應(yīng)用分步糖化水解方法進(jìn)行乙醇發(fā)酵，重點(diǎn)研究了分步糖化水解中的

2、預(yù)處理及發(fā)酵工藝優(yōu)化，為之后進(jìn)一步研究提供基礎(chǔ)。主要研究內(nèi)容為:
　　 (1)實(shí)驗(yàn)以木糖為篩選因子，篩選出可利用黑麥草水解產(chǎn)物的菌株NS2，研究各項(xiàng)環(huán)境因子對菌株生長的影響，經(jīng)過18 SrRNA鑒定為釀酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）。
　　 (2)對黑麥草材料進(jìn)行成分分析，考察其作為發(fā)酵材料的可行性:水份11.37％、揮發(fā)份73.38％、灰分4.78％、還原糖16.67％、總糖含量34.27％

3、、木質(zhì)素和粗纖維分別為6.33％和6.68％。
　　 (3)稀鹽酸處理黑麥草粉各因素的研究，鹽酸濃度1.0％(v/v)、水解溫度120℃、水解時(shí)間120min、固液比為10％時(shí)水解率達(dá)到最高;運(yùn)用正交實(shí)驗(yàn)分析鹽酸較低溫度預(yù)處理方式，當(dāng)鹽酸濃度為15％(v/v)、水解溫度60℃、時(shí)間為100min、固液比為5％時(shí)預(yù)處理效果最佳。
　　 (4)研究不同的預(yù)處理劑對黑麥草的水解效果:1.0％(v/v)鹽酸可使黑麥草的水解率達(dá)到

4、最高48.36％;50％(v/v)硫酸使黑麥草的水解率達(dá)到31.64％;而用質(zhì)量濃度為8％的NaOH和10％(v/v)的氨水水解黑麥草得到的發(fā)酵液中還原糖濃度分別可達(dá)16.11％和14.58％。
　　 (5)采用分步糖化水解發(fā)酵工藝(Separate Hydrolysis andFermentation，SHF)發(fā)酵黑麥草產(chǎn)乙醇，最佳初始條件為溫度38℃、初始pH4.5、菌種接種量10％、轉(zhuǎn)速150r/min。
　　 (

5、6)運(yùn)用響應(yīng)面分析法(Response Surface Methodology, RSM)分析了分步糖化水解工藝中菌種接種量(X1)、發(fā)酵時(shí)間(X2)、固液比(X3)對乙醇產(chǎn)率(Y1)的影響，并擬合二次數(shù)學(xué)模型:Y1=49.18+3.82 X1-1.47X2+8.64X3+5.57X1X2+5.31X1X3-0.32X2X3-10.14X12-5.77X22-10.07X32。結(jié)果表明，最佳的工藝參數(shù)為發(fā)酵菌種接種量10％，固液比10％

6、，發(fā)酵時(shí)間60h。
　　 (7)研究不同的預(yù)處理對分步糖化發(fā)酵效果的影響:酸水解工藝中，鹽酸處理方式的乙醇得率高于硫酸處理方式，為9.76％;堿處理方式中，氫氧化鈉預(yù)處理方式明顯優(yōu)于氨水預(yù)處理方式，乙醇得率為10.01％;有機(jī)溶劑與酸堿聯(lián)用處理方式的乙醇產(chǎn)量明顯優(yōu)于單獨(dú)使用有機(jī)溶劑的乙醇產(chǎn)量。
　　 (8)研究分步糖化水解發(fā)酵工藝，擬合發(fā)酵過程中菌體生長、乙醇生成和還原糖消耗動(dòng)力學(xué)模型。針對黑麥草殘?jiān)M(jìn)行再利用的初步探討