发酵罐中发酵木糖产乙醇条件优化及利用玉米芯产乙醇工艺研究

论文摘要

由于环境污染、能源枯竭、世界粮食形势严峻，利用廉价而丰富的可再生木质纤维原料开发燃料乙醇，是解决这些问题的最有效途径之一。木质纤维原料水解液中，木糖含量仅次于葡萄糖，因而实现高效发酵木糖制备乙醇是决定木质纤维原料生物转化的重要环节。本论文的主要研究内容是：在发酵罐条件下进行发酵条件优化试验，确定分批发酵木糖生产乙醇的最佳条件；研究了补料发酵，确定了补料发酵乙醇的最佳工艺；以玉米芯为原料，对氧化钙法预处理、碱性过氧化氢法预处理及稀硫酸法预处理和酶解工艺进行了优化，比较三种效果并利用驯化后的酵母发酵玉米芯酶解液制备乙醇。以树干毕赤酵母m4为发酵菌株，研究5L发酵罐中不同发酵条件对乙醇分批发酵的影响，结果表明适宜的底物木糖浓度为108g/L，发酵温度28℃，通气量30L/h，搅拌转速300r/min，接种量12.5%，发酵液pH4.8，经过60h发酵后乙醇浓度高达50.0g/L。补料发酵生产乙醇时发酵时间延长为84h，研究得出，与分别在发酵24h和48h补料相比，在发酵36h时一次性补料，酵母生长旺盛，木糖转化乙醇的速率较大，产乙醇量最高为53.4g/L；在发酵36h前后分两次流加木糖，乙醇产量为54.9g/L。补料工艺进一步提高了乙醇的产量，与分批发酵相比，乙醇产量增加了5.5g/L。分别对氧化钙、碱性过氧化氢和稀硫酸三种方法预处理、酶解玉米芯进行了单因素分析，由响应面试验分析法确定三种方法转化还原糖的最佳条件。氧化钙处理时，氧化钙含量为53.0mg/g，浸泡18h，121℃下处理45min，加酶量为7.9%，酶解时间为72.5h，此时还原糖转化量为373.76mg/g；碱性过氧化氢处理时，过氧化氢浓度为6.2%，固液比为1:18，浸泡7.5h，加酶量为7.4%，酶解60h，此时还原糖转化量为485.09mg/g；稀硫酸处理时，硫酸浓度0.8%，固液比为1:15，121℃下处理60min，加酶量为7.0%，酶解时间为70.9h，此时还原糖转化量为462.62mg/g。经比较得出，玉米芯经碱性过氧化氢处理之后，酶解液中还原糖转化量最高（其中木糖214.09mg/g，葡萄糖271mg/g）；稀硫酸的次之；而经氧化钙预处理后酶解液中木糖、葡萄糖含量最低。树干毕赤酵母m4经玉米芯酶解液驯化后，发酵罐条件下发酵过氧化氢预处理酶解原液在36h时乙醇浓度达到最大值7.05g/L，乙醇转化率为11.8%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 立题背景
• 1.2 国内外研究概况
• 1.2.1 木质纤维原料预处理的研究现状
• 1.2.2 发酵木糖产乙醇微生物的研究现状
• 1.2.3 发酵木糖产乙醇工艺的研究现状
• 1.3 研究目的和意义
• 1.4 研究内容
• 第二章 发酵罐条件下分批发酵木糖制备乙醇条件优化
• 2.1 引言
• 2.2 研究内容
• 2.3 试验材料
• 2.3.1 试验菌种和原料
• 2.3.2 主要仪器
• 2.3.3 培养基
• 2.3.4 主要试剂
• 2.4 试验方法
• 2.4.1 P.stipitis m4 的保藏
• 2.4.2 P.stipitis m4 的活化培养
• 2.4.3 摇瓶种子培养
• 2.4.4 5 L 发酵罐分批发酵
• 2.4.5 5 L 发酵罐补料分批发酵
• 2.5 分析方法
• 2.5.1 发酵液 PH 值测定
• 2.5.2 酵母浓度的测定
• 2.5.3 还原糖含量测定
• 2.5.4 乙醇浓度的测定
• 2.6 结果与讨论
• 2.6.1 木糖浓度对 P.stipitis m4 分批发酵的影响
• 2.6.2 温度对 P.stipitis m4 分批发酵的影响
• 2.6.3 通气量对 P.stipitis m4 分批发酵的影响
• 2.6.4 转速对 P.stipitis m4 分批发酵的影响
• 2.6.5 接种量对 P.stipitis m4 分批发酵的影响
• 2.6.6 PH 值对 P.stipitis m4 分批发酵的影响
• 2.6.7 补料分批发酵条件的确定
• 2.6.8 补料时间对乙醇发酵的影响
• 2.6.9 补料次数对乙醇发酵的影响
• 2.7 小结
• 第三章 玉米芯预处理、酶解工艺优化和乙醇发酵
• 3.1 引言
• 3.2 研究内容
• 3.3 试验材料
• 3.3.1 原料
• 3.3.2 主要仪器
• 3.3.3 主要试剂
• 3.4 试验方法
• 3.4.1 氧化钙法预处理、酶解玉米芯工艺的优化
• 3.4.2 碱性过氧化氢法预处理、酶解玉米芯工艺的优化
• 3.4.3 稀硫酸法预处理、酶解玉米芯工艺的优化
• 3.4.4 玉米芯酶解液的制备
• 3.4.5 树干毕赤酵母的驯化培养
• 3.4.6 摇瓶条件下玉米芯酶解液发酵
• 3.4.7 发酵罐条件下玉米芯酶解液发酵
• 3.5 分析方法
• 3.5.1 还原糖含量测定
• 3.5.2 酵母浓度、乙醇浓度的测定
• 3.6 结果与讨论
• 3.6.1 氧化钙法预处理、酶解玉米芯最佳工艺的确定
• 3.6.2 碱性过氧化氢法预处理、酶解玉米芯最佳工艺的确定
• 3.6.3 稀硫酸法预处理、酶解玉米芯最佳工艺的确定
• 3.6.4 摇瓶条件下树干毕赤酵母在酶解液中的生长曲线
• 3.6.5 摇瓶条件下酶解液对乙醇发酵的影响
• 3.6.6 发酵罐条件下树干毕赤酵母发酵酶解液
• 3.7 小结
• 第四章 结论与展望
• 4.1 结论
• 4.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简介