东方伊萨酵母HN-1乙醇高温发酵技术研究

论文摘要

乙醇高温发酵技术不仅可以解决糖化与发酵温度不协调的问题,而且可以提高设备利用率、降低能耗、提高乙醇产生速率,降低生产成本。本文以筛选自烟叶腐解物中的酵母菌HN-1为研究对象,考察其在纤维乙醇生产工艺中的应用前景。对HN-1进行生理生化及分子生物学鉴定,并对其发酵性能进行初步研究。结果表明:HN-1菌株为东方伊萨酵母,能够利用葡萄糖和果糖,但不能利用木糖。该菌株的最适生长温度为38℃,乙醇发酵的合适温度范围为38℃-45℃,且随着发酵温度的升高,乙醇生成速率加快,发酵时间缩短。38℃乙醇发酵的最适葡萄糖浓度为120 g/L,乙醇产量为58.19 g/L,乙醇产率为0.460 g/g。利用玉米秸秆水解液发酵,乙醇产量为20.74 g/L,乙醇产率为0.468g/g,达葡萄糖理论转化率的91.6%。通过研究甲酸、乙酸、糠醛、5-羟甲基糠醛、乙酰丙酸和香草醛对东方伊萨酵母HN-1乙醇发酵性能的影响,表明几种抑制物均对菌体生长影响显著,甲酸（≥1 g/L）和香草醛（≥0.5 g/L）明显延长菌体生长延滞期;小于8 g/L乙酸可以促进乙醇得率,0.1 g/L 5-羟甲基糠醛降低发酵前期乙醇产生速率,但是几种抑制物对乙醇产量影响均不显著,进一步应用响应面中心组合（CCD）设计,考察抑制物之间的交互作用的影响,结果表明,香草醛对HN-1影响较大,葡萄糖利用率及乙醇产率未受显著影响,交互作用不明显。将该菌株应用于玉米秸秆稀酸水解液乙醇发酵,在总还原糖浓度分别为39.29 g/L、46.08g/L、72.88 g/L时,38℃发酵温度的条件下,比较其与工业用株1308的乙醇发酵性能,东方伊萨酵母乙醇产量均高于1308,且葡萄糖利用速率较快,乙醇高温发酵性能优于1308。为进一步扩大东方伊萨酵母HN-1的应用范围,将其应用于纤维乙醇同步糖化发酵。通过考察发酵温度、固液比、纤维素酶用量及预处理方式来优化同步糖化发酵工艺条件,确定了以蒸汽爆破为预处理方法、固液比1:9、45℃预酶解12h后42℃同步糖化发酵的工艺,同步糖化发酵乙醇产量为10.28 g/L。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1 纤维乙醇研究现状
• 2 乙醇高温发酵的历史与进展
• 2.1 乙醇高温发酵菌种
• 2.2 纤维乙醇高温发酵技术
• 2.2.1 非等温同步糖化发酵
• 2.2.2 同步糖化发酵
• 2.2.3 同步糖化共发酵
• 2.3 乙醇同步糖化发酵
• 3 抑制物对乙醇发酵的影响
• 3.1 酸类物质
• 3.2 醛类物质
• 3.3 酚类物质
• 4 课题研究目的和意义
• 4.1 存在的问题
• 4.2 课题研究目的
• 4.3 课题研究内容
• 4.4 技术路线
• 第二章 耐高温酵母菌种鉴定与乙醇发酵特性研究
• 1 材料与方法
• 1.1 菌种
• 1.2 培养基
• 1.2.1 菌种活化培养基
• 1.2.2 发酵培养基
• 1.3 菌种鉴定
• 1.3.1 生理生化试验
• 1.3.2 系统发育研究
• 1.4 生长曲线的测定
• 1.5 乙醇发酵
• 1.6 玉米秸秆水解液的制备
• 1.7 测定方法
• 1.7.1 菌体细胞干重测定
• 1.7.2 菌体活细胞比例的测定
• 1.7.3 乙醇及葡萄糖、木糖浓度的测定
• 2 结果与分析
• 2.1 菌种鉴定
• 2.1.1 菌体形态
• 2.1.2 生理生化特征
• 2.1.3 系统发育研究
• 2.2 发酵特性研究
• 2.2.1 HN-1 生长曲线的测定
• 2.2.2 装液量对乙醇发酵的影响
• 2.2.3 温度对乙醇发酵的影响
• 2.2.4 初始葡萄糖浓度对乙醇发酵的影响
• 2.3 分批添加葡萄糖溶液对乙醇发酵的影响
• 2.4 纤维水解液乙醇发酵
• 3 本章小结
• 第三章 水解液中抑制物对乙醇发酵影响研究
• 1 材料与方法
• 1.1 材料
• 1.2 菌种
• 1.3 培养基
• 1.3.1 活化培养基
• 1.3.2 葡萄糖发酵培养基
• 1.3.3 玉米秸秆水解液发酵培养基
• 1.4 菌种活化与扩大培养
• 1.5 试验设计
• 1.5.1 单因素抑制物发酵试验设计
• 1.5.2 抑制物对乙醇发酵交互影响试验设计
• 1.6 发酵试验
• 1.6.1 抑制物发酵试验
• 1.6.2 1308、东方伊萨酵母（HN-1）纤维乙醇发酵比较
• 1.7 玉米秸秆水解液的制备
• 1.8 测定方法
• 1.8.1 菌体细胞干重的测定
• 1.8.2 乙醇、葡萄糖、乙酸、甲酸、糠醛、5-HMF、乙酰丙酸及香草醛浓度的测定
• 2 结果与分析
• 2.1 玉米秸秆水解液中主要抑制物浓度测定
• 2.2 有毒物质对乙醇发酵的影响
• 2.2.1 甲酸对乙醇发酵的影响
• 2.2.2 乙酸对乙醇发酵的影响
• 2.2.3 糠醛对乙醇发酵的影响
• 2.2.4 5-羟甲基糠醛对乙醇发酵的影响
• 2.2.5 乙酰丙酸对乙醇发酵的影响
• 2.2.6 香草醛对乙醇发酵的影响
• 2.3 多种抑制物对乙醇发酵交互作用影
• 2.3.1 响应面试验方案及试验结果
• 2.3.2 菌体细胞干重回归分析结果
• 2.3.3 葡萄糖利用速率回归分析结果
• 2.3.4 乙醇浓度回归分析结果
• 2.4 1308、东方伊萨酵母纤维乙醇发酵比较
• 3 本章小结
• 第四章 东方伊萨酵母同步糖化发酵
• 1 材料与方法
• 1.1 原料
• 1.2 菌株
• 1.3 菌种活化培养基
• 1.4 同步糖化发酵培养基
• 1.5 菌种活化与扩大培养
• 1.6 玉米秸秆预处理
• 1.7 同步糖化发酵方法
• 1.8 测定方法
• 2 结果与分析
• 2.1 温度对同步糖化发酵的影响
• 2.2 酶用量对同步糖化发酵的影响
• 2.3 固液比对同步糖化发酵的影响
• 2.4 不同预处理方式对同步糖化发酵的影响
• 3 本章小结
• 第五章 结论与讨论
• 5.1 本文主要结论
• 5.2 讨论
• 5.2.1 温度及底物浓度对乙醇发酵的影响
• 5.2.2 抑制物对乙醇发酵的影响
• 5.2.3 同步糖化发酵
• 5.2.4 存在的问题
• 参考文献