玉米秸秆水解发酵制乙醇过程研究

论文摘要

能源是人类文明的先决条件,是经济增长和社会发展的重要物质基础。发酵法生产的燃料乙醇作为一种可再生的清洁能源,已经引起了世界各国的高度重视,缓解了石油资源短缺的问题,减轻了对进口石油的依赖程度。传统的乙醇发酵工业主要以玉米、小麦等粮食淀粉或甘蔗汁为原料,但其原料成本高达总成本的40%。在我国利用甘蔗等糖料作物生产的燃料乙醇也将受到土地资源和原料成本的限制而无法大规模推广。纤维质原料是地球上最丰富、最廉价的可再生资源。采用适宜技术将它们水解成可发酵性糖,进一步发酵生产乙醇,有可能改变传统的生产方式,同时也是减少环境污染一种有效方法。这样可以避免在田间焚烧的大量秸秆带来的大气污染和生态环境的破坏,缓解能源危机,对我国经济和社会的可持续发展具有十分重大的意义。纤维素水解是秸秆中的木质纤维素生产乙醇过程中的关键一步。木质纤维素是由纤维素、半纤维素和木质素相互连接而形成的严密网状结构。纤维素是由葡萄糖残基通过β-1,4糖苷键联接而成的线性长链高分子聚合物。结晶纤维素对于水解的抵抗性很强,同时木质素也阻碍着水解作用,并产生对后续发酵有毒性的产物,所以去除木质素,打开纤维素的结晶结构就成为了木质纤维素水解的关键。稀酸水解法是目前水解木质纤维素最常用的方法,这种方法的水解程度较高,并且经济实用,也是目前研究较多的纤维素水解方法。本文通过单因素试验及正交试验确定了稀硫酸水解条件下的最佳试验条件为水解温度110℃,水解时间1.5h,料液比为1：10,硫酸浓度3%。并在此最佳试验条件的基础上添加了有机酸或金属盐离子来提高稀硫酸的水解效果,实验研究表明一些金属盐离子和有机酸对水解有一定的催化作用,使还原糖得率提高了6.7%,而某些盐离子有抑制作用。采用了活性炭、有机溶剂萃取、蒸发浓缩、原位脱毒、过碱化处理等脱毒方法,脱毒后的水解液添加一定量的营养盐和氮源等后接种酿酒酵母和假丝酵母进行混合发酵,并最终的从酒精产量评价脱毒效果。从霉变的玉米秸秆上分离出了一株降解纤维素的霉菌,并对该霉菌进行培养。考察了纤维素霉的生长情况及纤维素产酶性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 燃料乙醇的研究意义及发展现状
• 1.2.1 燃料乙醇的研究意义
• 1.2.2 燃料乙醇的发展现状
• 1.2.3 秸秆发酵制乙醇的最新研究进展及展望
• 1.3 纤维质原料的资源概况及利用
• 1.3.1 纤维质原料的资源概况
• 1.3.2 纤维质原料的结构
• 1.3.3 玉米秸秆简介
• 1.4 纤维质原料的预处理技术
• 1.4.1 酸预处理法
• 1.4.2 碱预处理法
• 1.4.3 蒸汽爆破法
• 1.4.4 湿氧化法
• 1.4.5 生物处理法
• 1.5 纤维质原料的水解
• 1.5.1 纤维质原料的酸法水解
• 1.5.2 纤维质原料的酶水解
• 1.6 水解液脱毒
• 1.6.1 水解液中存在的抑制物
• 1.6.2 主要抑制物对发酵的影响
• 1.6.3 水液脱毒方法
• 1.7 发酵工艺
• 1.7.1 直接发酵法
• 1.7.2 间接发酵法
• 1.7.3 混和菌种发酵法
• 1.7.4 同步糖化发酵（SSF法）
• 1.7.5 非等温同时糖化发酵法（NSSF法）
• 1.7.6 固定化细胞发酵
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验原料、试剂及仪器
• 2.2 实验流程图
• 2.3 实验分析方法
• 2.3.1 玉米秸秆成分测定
• 2.3.2 还原糖的测定
• 2.3.3 木糖的测定
• 2.3.4 酒精的测定
• 2.3.5 酶活力测定
• 2.4 实验的方法及步骤
• 2.4.1 最佳试验条件的确定
• 2.4.2 助催化剂的促进作用研究
• 2.4.3 水解液的脱毒及发酵试验
• 2.4.4 纤维素霉菌的筛选及利用
• 第三章 试验结果及结论
• 3.1 玉米秸秆成分的测定
• 3.2 稀酸水解的单因素实验结果
• 3.2.1 温度对玉米秸秆水解的影响
• 3.2.2 硫酸浓度对玉米秸杆水解的影响
• 3.2.3 时间对玉米秸杆水解的影响
• 3.2.4 固液比对玉米秸杆水解的影响
• 3.3 稀酸水解正交实验结果
• 3.3.1 还原糖的测定及计算
• 3.3.2 正交实验直观分析及方差分析
• 3.4 助催化剂对水解的影响
• 3.5 水解液的脱毒效果
• 3.6 水解液的发酵试验结果比较
• 3.7 霉菌生长情况及产酶活性
• 3.8 问题和建议
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间研究成果