生料玉米同步糖化發(fā)酵乙醇工藝及動力學研究.pdf

1、燃料乙醇作為一種前景廣闊的生物質(zhì)能源備受矚目，以玉米為代表的淀粉質(zhì)原料發(fā)酵制乙醇是我國主要的生產(chǎn)方法，與傳統(tǒng)發(fā)酵相比，生料同步糖化發(fā)酵不僅可以節(jié)省能耗、簡化工藝，而且發(fā)酵過程中具有降低粘度、減輕底物抑制作用等優(yōu)點。但是生料同步糖化發(fā)酵也存在缺陷，比如易染菌，而且酶制劑、酵母與原料在同一罐體中作用，使得發(fā)酵過程變得難以控制和預測，如何提高乙醇濃度、定量解釋發(fā)酵過程成為該領(lǐng)域的研究熱點和難點。為此，本文主要研究了工藝條件對玉米生料同步糖化發(fā)

2、酵乙醇的影響，并將發(fā)酵乙醇生成動力學與酵母生長動力學進行類比，給出了以乙醇濃度作為目標函數(shù)的重新參數(shù)化發(fā)酵動力學模型，具有預測工業(yè)實際發(fā)酵過程中乙醇濃度的潛力，有效地為發(fā)酵過程的優(yōu)化和預測提供理論依據(jù)。
　　通過考察總糖、還原糖、乙醇質(zhì)量濃度及醪液pH隨發(fā)酵時間的變化，分析了料水比、粒徑、初始pH、酵母添加量對乙醇濃度的影響，結(jié)果表明：（1）乙醇質(zhì)量濃度和殘總糖含量隨著底物濃度的增大而升高，但在不同粒徑條件下（過40目篩～過100

3、目篩）的變化較??；在酵母添加量為3.5‰ g/(g·原料)，料水比1:2.0，過100目篩，pH5.4（自然）發(fā)酵條件下，玉米生料同步糖化發(fā)酵獲得乙醇質(zhì)量濃度為102.37 g/L。（2）加酸調(diào)節(jié)初始pH有助于抑制發(fā)酵罐內(nèi)的染菌，使得發(fā)酵罐升酸度降低且適宜初始pH有助于提高產(chǎn)物乙醇質(zhì)量濃度。結(jié)合工業(yè)實際生產(chǎn)條件，在料水比同上，以過40目篩玉米為原料，適宜初始pH4.5條件下進行生料同步糖化發(fā)酵獲得最大乙醇質(zhì)量濃度為102.59 g/L且

4、酵母添加量3.5‰ g/(g·原料)為宜。
　　區(qū)別于傳統(tǒng)Logistic發(fā)酵動力學模型，給出重新參數(shù)化的發(fā)酵動力學模型（Logistic模型和Gompertz模型）用來描述不同料水比和粒徑條件影響下的乙醇質(zhì)量濃度隨發(fā)酵時間的變化，擬合度R2較高，均大于0.9200，其中參數(shù)Pmax（最大乙醇質(zhì)量濃度），vmax（乙醇比生成速率），λ（延遲時間）在兩種模型中的規(guī)律都是隨著加料量增大而升高，解釋了底物濃度對生料同步糖化發(fā)酵的影響，即