甘薯渣生料发酵生产乙醇的研究

论文摘要

传统的乙醇是利用粮食通过高温蒸煮发酵的方法生产,此方法消耗大量粮食和大量能源。近期随着生物科技的不断进步,越来越多的生物质替代粮食被应用于乙醇生产的研究中。甘薯渣是以鲜薯为原料提取淀粉后的副产品甘薯渣含有丰富的淀粉和食物纤维,是一种很值得开发的自然资源。采用甘薯渣进行生料发酵生产乙醇,符合国家非粮乙醇和节能减排的产业政策。本文以生产淀粉剩余的甘薯渣为原料,通过正交试验对无蒸煮一步发酵过程的影响因素进行了研究,得出pH、水料比、发酵时间、发酵温度和酒曲的添加量五个因素对发酵结果的影响程度逐渐减小,并得出了各因素的可能最佳条件组合:发酵pH取原料的自然pH、发酵温度取35℃、发酵时间取192h、水料比取2、酒曲添加量取干料质量的1.0%。在最佳条件下每克甘薯渣发酵可得到0.239g无水乙醇。对单因素的影响研究结果表明:随着水料比、发酵pH值、发酵温度、和发酵时间的增加,乙醇产率先增加后降低,随着酒曲添加量的增加乙醇产率增加。由单因素研究得出的适宜发酵条件为:发酵pH值6.5、发酵温度33℃、发酵时间180h、水料比2.4和酒曲量0.9%,适宜条件下每克甘薯渣可得到0.240g无水乙醇,与正交试验得出的结果基本一致。在液化酶、糖化酶和活性干酵母的复合发酵生料甘薯渣的研究中,令外添加了纤维素酶,发现对结果的影响不大。为了与无蒸煮一步发酵相比,研究了中低温蒸煮法,其乙醇产率低于无蒸煮一步发酵法。由于甘薯渣生料发酵有许多优点,不久的将来,在乙醇行业中此法将以生产原料以及能耗方面的优势具有不可低估的竞争力。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 乙醇发酵工业的技术现状和发展趋向
• 1.2 乙醇生产意义及概况
• 1.3 乙醇的生产方法
• 1.3.1 乙烯水合法
• 1.3.2 发酵法
• 1.4 乙醇发酵工艺
• 1.4.1 传统的发酵工艺
• 1.4.2 传统工艺存在的问题
• 1.4.3 无蒸煮生料发酵工艺
• 1.4.4 低温蒸煮发酵工艺
• 1.4.5 发酵和分离同时进行的生产工艺
• 1.5 生淀粉糖化酶解过程常用酶制剂
• 1.5.1 α-淀粉酶
• 1.5.2 葡萄糖淀粉酶
• 1.6 乙醇发酵常用酵母的研究
• 1.6.1 耐高温酵母和细菌的研究
• 1.6.2 耐乙醇酵母的研究
• 1.6.3 活性干酵母
• 1.7 本论文课题的提出及意义
• 第二章 生料发酵原理
• 2.1 生淀粉的结构及特性
• 2.1.1 淀粉结构
• 2.1.2 淀粉特性
• 2.2 生淀粉的糖化
• 2.3 酵母发酵
• 2.3.1 糖酵解
• 2.3.2 酵母乙醇发酵
• 2.4 酵母菌生长的影响因素
• 2.4.1 温度对酵母菌生长的影响
• 2.4.2 氧对酵母菌生长的影响
• 2.4.3 pH值对酵母菌生长的影响
• 2.5 乙醇的抑制机理
• 第三章 实验原料与方法
• 3.1 实验原料与试剂
• 3.1.1 实验原料
• 3.1.2 实验试剂
• 3.1.3 主要分析设备
• 3.2 试验方法
• 3.2.1 正交试验
• 3.2.2 单因素试验
• 3.2.3 液化酶、糖化酶和活性干酵母复合发酵试验
• 3.3 分析方法
• 3.3.1 乙醇理论产率的计算
• 3.3.2 乙醇浓度的测定
• 3.3.3 还原糖的测定
• 3.3.4 总酸的测定
• 3.3.5 pH值测定
• 3.3.6 原料水分测定
• 3.3.7 原料淀粉测定
• 第四章 结果与讨论
• 4.1 正交实验
• 4.1.1 正交试验及其结果
• 4.1.2 结果分析与讨论
• 4.1.3 验证性试验
• 4.2 单因素影响试验
• 4.2.1 加水比的影响
• 4.2.2 初始pH值的影响
• 4.2.3 温度的影响
• 4.2.4 酒曲添加量的影响
• 4.2.5 发酵时间的影响
• 4.2.6 验证性试验
• 4.3 小结
• 4.4 糖化酶、液化酶和活性干酵母复合发酵
• 4.4.1 无蒸煮一步发酵
• 4.4.2 低温蒸煮工艺
• 4.4.3 小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢