农作物秸秆乙醇同步糖化发酵条件的研究

论文摘要

本文以农作物秸秆为原料,经过预处理后,添加复合酶和菌种,采用不同的方式进行同步糖化发酵（SSF）,最大限度地提高乙醇的产率,为纤维燃料乙醇的放大试验及中试提供技术依据。在预备试验的基础上,通过正交实验,得到了同步糖化发酵生产燃料乙醇的最佳条件。并利用最佳的实验条件,进行了进一步的验证。本文的主要试验结果如下:（1）以玉米秸秆为原料,以发酵温度、发酵pH、液固比、发酵时间为因素,通过正交实验得出最佳的培养条件是:培养温度是34℃、发酵pH值为5.5、发酵的液固比是8:1、发酵时间是108 h。乙醇浓度可达到8.33 g/L。在最佳条件的基础上,添加吐温-80的添加量为0.005g/g秸秆的条件下,乙醇浓度可达到8.99 g/L。（2）玉米秸秆经1%（w/w）的稀硫酸浸润,液固比(（v/w）为10:1,在121℃条件下处理1.5,在糖化12 h和24 h后,按不同接种量分别添加P-01菌种进行发酵,在发酵温度34℃、pH为5.5的条件下,乙醇浓度达到7.31 g/L。（3）玉米秸秆经1 %（w/w）的稀硫酸浸润,液固比(（v/w）为10:1,在121℃条件下处理1.5 h,按照不同的菌种添加方式,得到在发酵温度为32℃、pH 4.5的情况下,在糖化12 h时,添加P-01菌种;在糖化24 h时,添加安琪酵母,可得乙醇浓度为7.19 g/L。在最佳条件的基础上,在糖化12 h和24 h分别接入P-01和安琪酵母,即采用C种混合菌种方案进行同步糖化发酵,以玉米秸秆为原料乙醇浓度可达到6.85 g/L;以稻草粉（液固比8:1）为原料乙醇浓度可达到16.52 g/L。（4）玉米秸秆经1 %（w/w）的稀硫酸浸润,液固比(（v/w）为10:1,在121℃条件下处理1.5 h,在不同的时间进行补料,结果表明H种补料方式,即采用二次补料,乙醇浓度达到最大,浓度为10.09 g/L。在最佳条件的基础上,采用不同的预处理方法和补料发酵,在补交蒸汽爆破玉米秸秆方式下乙醇浓度可达到8.20 g/L。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• 第一章 文献综述
• 1 木质纤维素原料生产燃料乙醇的概述
• 1.1 利用木质纤维素原料生产燃料乙醇的必要性
• 1.2 利用木质纤维素原料生产燃料乙醇的优势及意义
• 1.3 国内外研究木质纤维素原料生产燃料乙醇的概况
• 2 木质纤维素原料同步糖化发酵概述
• 2.1 木质纤维素原料的预处理研究
• 2.2 同步糖化发酵概述
• 3 本文研究内容的提出及意义
• 3.1 目前存在的关键问题及拟解决方案
• 3.2 技术路线
• 第二章 同步糖化发酵条件研究
• 1 材料与方法
• 1.1 试验材料
• 1.2 菌种和培养基
• 1.3 酶制剂
• 1.4 主要仪器设备
• 1.5 主要试剂
• 1.6 预处理方法
• 1.6.1 不同初始pH 值对 SSF 的影响
• 1.6.2 不同液固比对 SSF 的影响
• 1.7 酶活测定
• 1.8 同步糖化发酵残糖测定
• 1.9 乙醇浓度的测定
• 2 结果与分析
• 2.1 不同温度和pH 对 SSF 影响结果
• 2.1.1 pH 4.5 时，不同温度下 SSF 结果
• 2.1.2 pH5.0 时，不同温度下 SSF 结果
• 2.1.3 pH 5.5 时，不同温度下 SSF 结果
• 2.2 不同液固比对 SSF 影响的结果
• 2.3 SSF 中发酵最终时间的确定
• 2.4 SSF 正交实验
• 2.4.1 因素、水平的确定
• 2.4.2 正交试验结果
• 2.5 添加吐温-80 实验
• 2.6 不同预处理方式和原料对比
• 2.6.1 稀酸处理
• 2.6.2 碱法预处理
• 2.6.3 蒸汽爆破处理
• 3 本章小结
• 第三章 不同菌种组合发酵研究
• 1 材料与方法
• 1.1 实验材料
• 1.2 菌种和培养基
• 1.3 酶制剂
• 1.4 试验仪器
• 1.5 主要试剂
• 1.6 同步糖化发酵条件
• 1.7 分析方法
• 2 结果与分析
• 2.1 单菌种试验
• 2.1.1 pH 4.5 时，发酵试验
• 2.1.2 pH 5.0 时，发酵试验
• 2.1.3 pH 5.5 时，发酵试验
• 2.2 混合菌种试验
• 2.2.1 单菌种比较
• 2.2.2 混合接种试验
• 2.3 优化条件下的接种试验
• 2.4 优化条件下的菌种发酵
• 2.4.1 菌种 P-01 的发酵
• 2.4.2 安琪酵母的发酵
• 2.4.3 混合菌种的发酵
• 2.5 秸秆的结构变化
• 3 本章小结
• 第四章 不同预处理补料同步糖化发酵研究
• 1 材料与方法
• 1.1 试验材料
• 1.2 菌种与培养基
• 1.3 酶制剂
• 1.4 主要仪器设备
• 1.5 主要试剂
• 1.6 同步糖化发酵条件
• 1.7 补料过程
• 1.8 分析方法
• 2 结果与分析
• 2.1 预处理后不水洗样品做补料发酵
• 2.2 最优补料方式下的同步糖化发酵
• 2.2.1 补加稀酸预处理玉米秸秆
• 2.2.2 补加玉米秸秆爆破料下的发酵
• 2.2.3 补加稻草粉爆破料下的发酵
• 3 本章小结
• 第五章 结论与讨论
• 5.1 主要结论
• 5.1.1 同步糖化发酵最优条件研究
• 5.1.2 接种方式及菌种体系优化条件研究
• 5.1.3 补料同步糖化发酵条件研究
• 5.2 讨论与建议
• 5.2.1 关于木质纤维素原料预处理的研究
• 5.2.2 纤维素酶和酵母的复合条件研究
• 5.2.3 秸秆纤维乙醇经济可行性研究
• 参考文献
• Abstract