发酵玉米秸秆生产燃料乙醇的研究

论文摘要

随着石油资源的日益枯竭，可再生清洁能源受到了广泛的重视，生物质发酵生产乙醇是可再生能源研究领域的热点。我国的特有情况要求我们走“非粮”路线，我国玉米种植面积目前居世界第二，达40000余万亩，每年产生秸秆数亿吨，其中仅有不足10%得到了较好的利用，不仅造成严重的资源浪费，而且污染环境，因此以玉米秸秆原料发酵生产乙醇具有非常广阔的应用前景。本研究旨在配合本地农业废弃物的处理和利用，建立玉米秸秆制备燃料乙醇的初步流程。采用物理法、化学法和生物法相结合对原料进行预处理，破坏秸秆中木质素、半纤维素与纤维素间的晶体结构，酸可及度和酶可及度提高；部分半纤维素被水解，木质素被去除，粗纤维含量提高了16.31%。利用纤维素酶或稀酸降解纤维素得到葡萄糖，以实验室保藏的一株发酵葡萄糖产乙醇能力较强的酵母菌为出发菌株，通过热冲击等诱变手段筛选得到的一株酵母X，该菌同时具有较高的乙酸、苯酚和乙醇耐受性；分别采用正交法和响应面法对酵母菌X的发酵培养基和发酵条件进行了优化，优化后利用酵母菌X发酵得到的乙醇产量提高了15.44%，葡萄糖转化率提高了11.30%。筛选得到了一株活性较高的木糖发酵菌株H3，利用响应面法对其发酵条件进行优化后，理论乙醇产量为1.447g/L。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 问题提出的背景和意义
• 1.2 产业现状
• 1.2.1 国外燃料乙醇产业发展现状
• 1.2.2 国内燃料乙醇产业发展现状
• 1.3 研究现状
• 1.3.1 纤维素原料的预处理
• 1.3.2 发酵抑制物及其脱除
• 1.3.3 纤维素及半纤维素的水解过程
• 1.3.4 可用于乙醇发酵的生产菌及糖代谢途径
• 1.3.5 乙醇发酵工艺
• 1.4 研究设想和研究内容
• 1.4.1 研究设想
• 1.4.2 研究内容
• 2 玉米秸秆的预处理
• 2.1 物理、化学法预处理
• 2.1.1 材料、试剂与仪器
• 2.1.2 方法和结果
• 2.2 生物法预处理
• 2.2.1 材料、试剂与仪器
• 2.2.2 方法和结果
• 3 发酵葡萄糖产乙醇菌种的驯化
• 3.1 实验材料和分析方法
• 3.1.1 菌种
• 3.1.2 试剂与仪器
• 3.1.3 培养基及常用试剂
• 3.1.4 分析方法
• 3.2 出发菌种
• 3.2.1 安琪干酵母的活化
• 3.2.2 种子液的制备
• 3.2.3 发酵性能的测定比较
• 3.3 乙醇耐受筛选实验
• 3.3.1 技术路线
• 3.3.2 耐乙醇度实验
• 3.3.3 诱变与筛选
• 3.3.4 高浓度乙醇发酵验证实验
• 3.4 发酵副产物耐受筛选实验
• 3.4.1 乙酸耐受筛选实验
• 3.4.2 苯酚耐受筛选实验
• 4 发酵葡萄糖产乙醇流程的优化
• 4.1 实验材料和分析方法
• 4.1.1 菌种
• 4.1.2 试剂与仪器
• 4.1.3 培养基成分及配制
• 4.1.4 分析方法
• 4.2 发酵培养基成分的正交优化
• 4.2.1 种子液制备
• 4.2.2 发酵培养基成分的正交优化
• 4.2.3 发酵条件的响应面法优化
• 4.2.4 菌种发酵曲线制作
• 5 发酵木糖产酒精菌种的选育及其发酵条件优化
• 5.1 实验材料和分析方法
• 5.1.1 试剂与仪器
• 5.1.2 培养基成分及配制
• 5.1.3 分析方法
• 5.2 发酵木糖产酒精菌种的选育
• 5.2.1 采样
• 5.2.2 初筛
• 5.2.3 复筛
• 5.2.4 菌种的发酵特性
• 5.3 发酵木糖产酒精条件优化
• 5.3.1 菌种发酵的厌氧好氧实验
• 5.3.2 H3 菌株发酵条件响应面优化
• 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢