论文摘要
纤维素类物质是自然界中数量很大的可再生物质,是生产乙醇的巨大资源,对解决未来能源问题,有着巨大的潜力。我国秸秆资源十分丰富,因此研究秸杆类物质生产乙醇具有重要意义。该研究选用本实验室分离筛选的一株糖化稻草能力强的链霉菌（Streptomyce.sp）菌株,对该菌株进行了稻草发酵糖化条件优化试验;并对酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）、酿酒酵母As2.458（Saccharomyces cerevisiae As2.458）、安琪酵母三株产乙醇酵母进行了利用糖化稻草产乙醇的筛选试验;利用链霉菌和安琪酵母对稻草的分步糖化发酵法和同步糖化发酵法产乙醇分别进行了试验研究,并利用SAS软件优化得到它们各自的最佳发酵条件,同时对稻草分步发酵法与同步发酵法产乙醇进行了对比分析;最后对稻草固态同步糖化发酵法进行了试验研究,并得到了最佳产乙酵条件,与此同时对稻草的液态同步发酵法产乙醇与稻草固态同步发酵法产乙醇进行了对比分析。研究结果如下:1、通过单因素和SAS二水平设计及响应面分析,得到了链霉菌降解稻草产生还原糖的最佳条件:PB设计法筛选出影响其产糖量的显著因素为:稻草粉添加量、pH和CaCl2添加量。BB设计法对这三个显著因素响应分析得最佳发酵条件为:稻草粉7.4%,麸皮3%,豆饼粉3%,玉米粉2%,KH2PO40.5%,CaCl20.73%,pH6.2,接种量2mL,37℃,发酵时间7天。实验结果有良好的稳定性,优化后产糖量为31.32mg/mL,约为优化前的1.5倍。2、酿酒酵母、酿酒酵母As2.458、安琪酵母利用稻草水解糖产乙酵实验中,安琪酵母产乙醇能力最高为5.217%（V/V）,残糖量较低,为10.19mg/ml,因此选为后续研究所用产乙醇菌株。在研究补加氮源种类对安琪酵母利用糖化稻草产乙醇的影响试验中,结果显示,当以硫酸铵为氮源时,产乙醇水平最高,为5.89%,残余还原糖较低,为8.9mg/mL。因此选择了硫酸铵为链霉菌糖化后补充添加的氮源。3、对稻草分步糖化发酵法产乙醇条件进行的一系列单因素实验及BB设计法优化得到最佳发酵条件为:稻草粉7.4%,麸皮3%,豆饼粉3%,玉米粉2%,KH2PO40.5%,CaCl20.73%,pH6.2,接入链霉菌种子液,接种量为2mL,37℃,120r/min摇床培养7天,添加0.8%硫酸铵,调pH至5.3后灭菌,接入4mL酵母菌种子液,32.3℃静置培养1.9天。优化后乙醇产量为6.41%,是优化前的1.19倍。4、PB设计法筛选影响稻草同时糖化发酵法产乙醇条件的显著因素为:酵母接种量、接入酵母时间和酵母发酵时间。BB设计法对这三个显著因素响应分析得最佳发酵条件为:稻草粉7.4%,麸皮3%,豆饼粉3%,玉米粉2%,KH2PO40.5%,CaCl20.73%,pH5.5,接入链霉菌种子液,接种量为2mL,37℃,120r/min摇床培养3.2天,添加1.0%硫酸铵,接入1.8mL酵母菌种子液,34℃静置培养4.2天。优化后乙醇产量为7.52%,是优化前的1.17倍。5、将分步糖化发酵法和同步糖化发酵法发酵乙醇条件的优化结果对比,发现同步糖化发酵法具有一定的优点:优化后的分步糖化发酵法的乙醇产量为6.41%,而同步糖化发酵法的乙醇产量为7.52%,是分步糖化发酵法的1.17倍;分步糖化发酵法的周期为8.9天,而同步糖化发酵法的周期为7.4天,比分步糖化发酵法相比发酵时间缩短了1.5天;分步糖化发酵法安琪酵母种子液的接种量需要4mL,而同步糖化发酵法安琪酵母种子液的接种量只要1.8mL,菌种的用量为分步发酵法的1/2还少。由此可见,同步糖化发酵法不仅提高了乙醇的产量,还大大缩短了生产周期,降低了生产成本。6、经过对稻草固态同步糖化发酵法产乙醇条件的单因素系列优化实验,得到稻草最佳产乙醇条件为:稻草固体培养基的料水比为1:3,初始pH为5.0,链霉菌接种量为3mL,置37℃培养,链霉菌发酵培养后的第3天,添加0.8%硫酸铵为补充氮源,同时接入安琪酵母种子液5mL,并立即将发酵温度转变为34℃,总培养时间为5天,稻草的乙醇产量可达到0.13g/g。