甜高粱茎秆固态发酵酒精及饲料的研究

论文摘要

甜高粱(Sorghum bicolor(L.)Moench)茎秆富含可溶性糖份,是生产燃料乙醇和饲料的理想作物,本文研究了甜高粱茎秆的贮藏,固态气提发酵乙醇的工艺条件,并进行了生产工程实验,最后研究了甜高粱茎秆固态发酵生产蛋白饲料,为甜高粱茎秆工业化生产奠定了基础。首先,探索了甜高粱茎秆的自然贮藏条件。通过对北京和内蒙古两地不同气候条件下自然干燥贮藏的甜高粱茎秆物性变化及含糖量变化差异进行监测和研究,分析环境温度和湿度对甜高粱茎秆自然贮藏的影响,确定了在内蒙古低于10℃、干燥的气候条件下,自然贮藏的甜高粱茎秆能够满足固态发酵生产乙醇和饲料全年生产的要求,总糖为58%(g/g干基)的甜高粱茎秆在内蒙古自然贮藏8个月后损失仅11.7%。其次,研究了甜高粱茎秆固态气提发酵生产乙醇。确定了将切碎至2cm左右的甜高粱茎秆揉碎至0.15cm厚的颗粒物料对发酵和气提具有较好的效果,发酵时间为28h,10h后开始气提,在35℃下气提效率为77.5%,随着温度的升高,气提效率不断增加,在75℃时,气提效率达到96.4%。然后,研究了甜高粱茎秆连续固态发酵耦合热泵气提分离生产工程实验。通过热泵与发酵分离的耦合,实现了节能降耗,提高了气提效率和对发酵塔内的温度控制。批次发酵(22kg甜高粱干基)获得乙醇溶液总计:30.13 L,最高浓度为25%,平均浓度10.8%,即为:2.88L纯乙醇,气提发酵周期为40h,乙醇产率为19.89%,气提效率提高至85.1%,照这样计算,生产1t酒精需要5.2t的甜高粱秸秆干料。最后,研究了甜高粱茎秆二次固态发酵生产蛋白饲料。进行一系列的单因素试验,确定了甜高粱秆固态发酵蛋白饲料的最佳条件为:以假丝酵母进行第一次发酵,添加1.5%(g/g干基)硫酸铵,接种率为5%(V/V),含水量为65%,自然pH值,32℃好氧发酵22h,然后接入鼠李糖乳杆菌进行第二次发酵,接种率为10%(V/V),含水量为70%,pH6.0,40℃厌氧发酵58h,获得了含有高营养价值的乳酸菌蛋白饲料,粗蛋白含量达到36%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 燃料乙醇发展现状
• 1.1.1 国外燃料乙醇发展情况
• 1.1.2 国内燃料乙醇发展情况
• 1.1.3 不同原料发酵生产乙醇成本及产能分析
• 1.2 甜高粱发酵制取燃料乙醇的意义
• 1.2.1 甜高粱特性
• 1.2.2 弥补蛋白饲料资源的不足
• 1.2.3 推动农业产业化和农业生态良性循环
• 1.3 甜高粱茎秆的贮藏
• 1.4 传统发酵乙醇生产工艺
• 1.4.1 传统发酵工艺流程
• 1.4.2 传统发酵工艺存在的问题
• 1.5 甜高粱汁液态发酵酒精的研究
• 1.6 甜高粱固态发酵酒精的研究
• 1.7 乙醇气提发酵的研究
• 1.8 本论文研究目的以及研究思路
• 第二章 甜高粱茎秆贮藏的研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验材料与方法
• 2.2.1 实验材料
• 2.2.2 实验方法
• 2.3 实验结果与讨论
• 2.3.1 甜高粱茎秆含水量在贮藏期内变化情况
• 2.3.2 甜高粱茎秆总糖在贮藏期内变化情况
• 2.3.3 北京贮藏的甜高粱茎秆中单组分含糖量变化情况
• 2.4 小结
• 第三章 甜高粱茎秆固态气提发酵条件的研究
• 3.1 前言
• 3.2 实验材料与方法
• 3.2.1 实验材料
• 3.2.2 实验方法
• 3.3 实验结果与讨论
• 3.3.1 蔗糖、葡萄糖、果糖以及乙醇的标准曲线
• 3.3.2 甜高粱茎秆成分测定
• 3.3.3 物料颗粒度对发酵和气提的影响
• 3.3.4 不同温度对气提效率的影响
• 3.3.5 开始气提时间及发酵周期的确定
• 3.3.6 气提乙醇与物料中乙醇含量关系
• 3.4 小结
• 第四章 甜高粱茎秆连续固态发酵耦合热泵气提分离
• 4.1 前言
• 4.2 甜高粱气提固态发酵酒精设备
• 4.3 发酵工艺过程描述
• 4.4 实验步骤
• 4.4.1 甜高粱物料及发酵设备灭菌
• 4.4.2 种子液及营养盐的制备
• 4.4.3 添加营养盐方式
• 4.4.4 发酵分离过程
• 4.4.5 发酵分离过程参数
• 4.5 实验结果与讨论
• 4.5.1 通过热泵气提控制发酵基质的温度
• 4.5.2 发酵过程中物料含水量变化
• 4.5.3 气提乙醇结果
• 4.6 小结
• 第五章 甜高粱茎秆固态发酵生产蛋白饲料的研究
• 5.1 前言
• 5.2 实验材料与方法
• 5.2.1 实验材料
• 5.2.2 实验方法
• 5.3 实验结果与分析
• 5.3.1 热带假丝酵母在活化培养基中的生长曲线
• 5.3.2 鼠李糖乳杆菌在活化培养基中的生长曲线
• 5.3.3 硫酸铵的不同添加量对假丝酵母产物粗蛋白的影响
• 5.3.4 底物含水量对产物粗蛋白的影响
• 5.3.5 发酵温度对产物粗蛋白的影响
• 5.3.6 发酵时间对产物粗蛋白的影响
• 5.3.7 pH对产物粗蛋白的影响
• 5.3.8 接种量对产品粗蛋白含量的影响
• 5.4 小结
• 第六章 总结与下一步实验设想
• 6.1 研究工作总结
• 6.2 对以后工作的设想
• 参考文献
• 附录
• 附录1 总糖含量测定
• 1.1 原理
• 1.2 总糖测定中的标准曲线
• 附录2 还原糖含量测定
• 2.1 原理
• 2.2 还原糖标准曲线的测定
• 附录3 蔗糖标准曲线测定
• 3.1 原理
• 3.2 蔗糖标准曲线的测定
• 附录4 果糖标准曲线的绘制
• 4.1 原理
• 4.2 果糖标准曲线测定
• 附录5 葡萄糖标准曲线的测定
• 5.1 原理
• 5.2 葡萄糖标准曲线的测定
• 附录6 乙醇标准曲线的绘制
• 6.1 原理
• 6.2 乙醇标准曲线的测定
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者及导师简介
• 北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书