生料玉米同步糖化發(fā)酵制備乙醇工藝優(yōu)化及動力學研究.pdf

1、近年來由于能源危機和全球變暖愈發(fā)受到社會的重視，人們希望能找到一種可替代化石燃料的新能源來解決上述問題，燃料乙醇作為一種應用前景十分廣闊的生物質能源無疑是最佳選擇之一。以玉米為代表的淀粉質原料發(fā)酵制乙醇是我國主要的生產方法，與傳統(tǒng)的發(fā)酵相比，同步糖化發(fā)酵是將酶水解和乙醇發(fā)酵結合在一起，在同一發(fā)酵罐中進行，該方法具有降低能耗，簡化發(fā)酵工藝，減小底物抑制，增大乙醇產量等優(yōu)點。但同時也存在著諸多缺陷，如發(fā)酵過程中的工藝參數(shù)未達到最佳條件，還有

2、待優(yōu)化；而且酵母菌、酶制劑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等。為此，本文主要針對發(fā)酵過程中影響極為顯著的幾個工藝參數(shù)進行優(yōu)化研究，旨在找到最優(yōu)的工藝條件，并且將酵母生長動力學與乙醇生成動力學進行類比，給出了以乙醇質量濃度作為目標函數(shù)的重新參數(shù)化的動力學模型。
　　本文主要通過考察發(fā)酵溫度、酵母菌添加量、糖化酶添加量這三個因素對乙醇產量的影響得出如下結論：（1）隨著發(fā)酵溫度的升高、酵母菌添加量的增加和糖化酶添加

3、量的增加乙醇質量濃度都是呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，其中在發(fā)酵溫度為32℃，酵母菌添加量為4.5‰g/(g·原料)，糖化酶添加量為4.15‰g/(g·原料)時乙醇質量濃度達到最大值。（2）在單因素的基礎上通過三因素三水平的Box-Behnken組合設計并運用Design Expert軟件對實驗數(shù)據(jù)進行分析處理，求出了回歸方程并繪制出了響應面曲線圖，以此來確定各個影響因素對響應值的影響趨勢及各因素的交互作用，最終得出發(fā)酵溫度為32.5℃、酵母

4、菌添加量為4.42‰g/(g·原料)、糖化酶添加量為4.20‰g/(g·原料)為最優(yōu)的制備工藝條件。（3）用重新參數(shù)化的Logistic模型和Gompertz模型描述不同酵母菌添加量下乙醇質量濃度隨發(fā)酵時間的變化，它們的擬合度 R2均大于0.9500，其中參數(shù)Pmax(最大乙醇質量濃度)隨著酵母菌添加量的增大而升高，λ(延遲時間)隨著酵母菌添加量的增大而降低，而 vmax(乙醇比生成速率)的變化規(guī)律不明顯，說明其受酵母菌添加量的影響較小