以甜高粱渣为原料生产燃料乙醇

论文摘要

以木质纤维素为原料生产燃料乙醇是缓解能源危机的有效途径之一。甜高粱渣是甜高粱榨汁后的残渣,产量大,处理困难,利用这一木质纤维素资源生产乙醇解决了上述问题。本文研究以甜高粱渣为原料生产燃料乙醇的工艺路线及条件。甜高粱渣预处理受催化剂浓度、反应温度、固液比、反应时间等因素的影响,研究了硫酸、磷酸、盐酸等催化剂的处理条件。结果显示,提高酸浓度和反应温度能提高水解效率,还原糖得率明显提高；延长反应时间能提高水解率,但时间过长还原糖得率降低；固液比对水解的影响不显著。对磷酸水解条件进行了深入的研究,结果表明：各因素影响显著程度由大到小依次为酸浓度、温度、固液比、反应时间。磷酸水解甜高粱渣的最优条件为磷酸浓度8%w/v、反应温度120℃、固液比1：10、反应时间80min,在此条件下最大还原糖得率0.3024g/g干物料。本实验对甜高粱渣稀磷酸预处理后的水解液进行了成分分析,水解液中存在的主要副产物是甲酸、乙酸、香草醛、糠醛和羟甲基糠醛,其中乙酸和香草醛以较高浓度存在。Ca（OH）2过碱化脱毒处理可除去少量副产物,但是对羧基酸的浓度基本无影响。对五种副产物对管囊酵母生长和发酵的影响进行了研究。结果表明,甲酸和乙酸对菌体生长的抑制较强,且甲酸的抑制程度远大于乙酸;2g·L-1香草醛可使菌体生长延滞期明显延长；6g·L-1香草醛完全抑制了发酵的进行；糠醛在0.5-1.5g·L-1范围内对菌体生长有抑制作用,但有助于代谢产乙醇；羟甲基糠醛在0.2g·L-1浓度存在就使乙醇得率有明显降低,但使生物量得率提高；研究中还发现,糠醛、羟甲基糠醛和香草醛可被管囊酵母代谢。比较了稀酸水解液与浓缩液,以及模拟培养基的发酵情况,发现副产物的共同作用与每种副产物作用的简单加和有很大差异。副产物共同存在时浓度对发酵的影响很大,较低浓度时对木糖代谢及乙醇生成有促进作用。对酿酒酵母同时糖化发酵甜高粱渣生产乙醇的工艺参数进行了优化,最佳条件为发酵温度37℃,发酵时间72h,纤维素酶用量60U/g,酵母种子悬液的接种量10%。酿酒酵母在此发酵条件下进行乙醇发酵试验,乙醇转化率可达0.314g/g底物。最终确定了以甜高粱渣为原料生产燃料乙醇的工艺路线,即甜高粱渣稀磷酸预处理,处理后的水解液经Ca（OH）2脱毒、浓缩后用管囊酵母发酵；水解残渣用酿酒酵母同时糖化发酵。总乙醇产率为0.22g/g甜高粱渣。这一结果表明以甜高粱渣为原料发酵生产乙醇是可行的,具有良好的应用前景。

论文目录

• 学位论文数据集
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 燃料酒精的研究背景及意义
• 1.2 燃料酒精行业的发展
• 1.2.1 国内外燃料酒精行业的现状
• 1.2.2 燃料酒精行业的发展及展望
• 1.3 木质纤维素原料性质及利用
• 1.3.1 木质纤维素及生物质
• 1.3.2 木质纤维素的结构
• 1.3.3 木质纤维素资源的利用
• 1.4 木质纤维素的预处理
• 1.4.1 物理法
• 1.4.2 化学法
• 1.4.3 物理-化学法
• 1.4.4 生物法预处理
• 1.5 木质纤维素的水解
• 1.5.1 纤维素的酸法水解
• 1.5.2 纤维素的酶法水解
• 1.6 水解液的化学组成及副产物
• 1.6.1 水解液的化学组成
• 1.6.2 副产物的组成及分析方法
• 1.6.3 副产物对酿酒酵母发酵的影响
• 1.7 木质纤维素水解液的脱毒处理
• 1.7.1 生物方法
• 1.7.2 物理方法
• 1.7.3 化学方法
• 1.8 混合糖乙醇发酵
• 1.9 本论文的研究目的及内容
• 第二章 甜高粱渣的预处理
• 2.1 引言
• 2.2 材料和方法
• 2.2.1 实验材料
• 2.2.2 实验方法
• 2.2.2.1 预处理
• 2.2.2.2 水解液中化合物的分离及定量
• 2.2.2.3 还原糖浓度的分析
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 硫酸预处理
• 2.3.2 磷酸预处理
• 2.3.3 盐酸预处理
• 2.4 本章小结
• 第三章 管囊酵母发酵甜高粱渣稀磷酸水解液
• 3.1 引言
• 3.2 材料和方法
• 3.2.1 实验材料
• 3.2.2 实验方法
• 3.2.2.1 水解液中化合物的分离及定量
• 3.2.2.2 发酵产物的分析
• 3.2.2.3 菌体浓度的分析
• 3.2.2.4 水解液的制备及过碱化处理
• 3.2.2.5 乙醇发酵对比实验
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 水解液的成分分析
• 3.3.1.1 水解液的化学组成
• 3.3.1.2 水解液的定量
• 3.3.2 副产物对管囊酵母生长的影响
• 3.3.3 副产物对管囊酵母共发酵木糖和葡萄糖的影响
• 3.3.3.1 乙酸对管囊酵母共发酵木糖和葡萄糖的影响
• 3.3.3.2 甲酸对管囊酵母共发酵木糖和葡萄糖的影响
• 3.3.3.3 香草醛对管囊酵母共发酵木糖和葡萄糖的影响
• 3.3.3.4 糠醛、羟甲基糠对管囊酵母共发酵木糖和葡萄糖的影响
• 3.3.3.5 副产物在发酵过程中的变化
• 3.3.4 水解液与对照培养基发酵
• 3.3.5 水解液与其过碱化处理后的水解液发酵对比
• 3.3.6 浓缩水解液发酵对比实验
• 3.4 本章小结
• 第四章 酿酒酵母同步糖化发酵水解残渣
• 4.1 引言
• 4.2 材料和方法
• 4.2.1 实验材料
• 4.2.2 实验方法
• 4.2.2.1 发酵温度对SSF产乙醇的影响
• 4.2.2.2 纤维素酶用量对SSF产乙醇的影响
• 4.2.2.3 菌株接种量对SSF产乙醇的影响
• 4.2.2.4 发酵时间对SSF产乙醇的影响
• 4.3 实验结果与讨论
• 4.3.1 发酵温度对SSF产乙醇的影响
• 4.3.2 纤维素酶用量对SSF产乙醇的影响
• 4.3.3 菌株接种量对SSF产乙醇的影响
• 4.3.4 发酵时间对SSF产乙醇的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论
• 第六章 问题和建议
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书