农作物秸秆乙醇同步糖化发酵条件的研究

【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。 【关键词】：玉米秸秆 预处理 同步糖化发酵 最佳条件 燃料乙醇
【学位授予单位】：河南农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TQ223.122
【目录】：

• 致谢4-9
• 摘要9-10
• 第一章 文献综述10-18
• 1 木质纤维素原料生产燃料乙醇的概述10-14
• 1.1 利用木质纤维素原料生产燃料乙醇的必要性10-11
• 1.2 利用木质纤维素原料生产燃料乙醇的优势及意义11
• 1.3 国内外研究木质纤维素原料生产燃料乙醇的概况11-14
• 2 木质纤维素原料同步糖化发酵概述14-16
• 2.1 木质纤维素原料的预处理研究14
• 2.2 同步糖化发酵概述14-16
• 3 本文研究内容的提出及意义16-18
• 3.1 目前存在的关键问题及拟解决方案16-17
• 3.2 技术路线17-18
• 第二章 同步糖化发酵条件研究18-28
• 1 材料与方法18-21
• 1.1 试验材料18
• 1.2 菌种和培养基18-19
• 1.3 酶制剂19
• 1.4 主要仪器设备19
• 1.5 主要试剂19
• 1.6 预处理方法19-20
• 1.6.1 不同初始pH 值对 SSF 的影响19-20
• 1.6.2 不同液固比对 SSF 的影响20
• 1.7 酶活测定20-21
• 1.8 同步糖化发酵残糖测定21
• 1.9 乙醇浓度的测定21
• 2 结果与分析21-27
• 2.1 不同温度和pH 对 SSF 影响结果21-23
• 2.1.1 pH 4.5 时，不同温度下 SSF 结果21-22
• 2.1.2 pH5.0 时，不同温度下 SSF 结果22
• 2.1.3 pH 5.5 时，不同温度下 SSF 结果22-23
• 2.2 不同液固比对 SSF 影响的结果23
• 2.3 SSF 中发酵最终时间的确定23-24
• 2.4 SSF 正交实验24-25
• 2.4.1 因素、水平的确定24
• 2.4.2 正交试验结果24-25
• 2.5 添加吐温-80 实验25-26
• 2.6 不同预处理方式和原料对比26-27
• 2.6.1 稀酸处理26
• 2.6.2 碱法预处理26-27
• 2.6.3 蒸汽爆破处理27
• 3 本章小结27-28
• 第三章 不同菌种组合发酵研究28-40
• 1 材料与方法28-29
• 1.1 实验材料28
• 1.2 菌种和培养基28
• 1.3 酶制剂28
• 1.4 试验仪器28-29
• 1.5 主要试剂29
• 1.6 同步糖化发酵条件29
• 1.7 分析方法29
• 2 结果与分析29-38
• 2.1 单菌种试验29-31
• 2.1.1 pH 4.5 时，发酵试验29-30
• 2.1.2 pH 5.0 时，发酵试验30
• 2.1.3 pH 5.5 时，发酵试验30-31
• 2.2 混合菌种试验31-34
• 2.2.1 单菌种比较31
• 2.2.2 混合接种试验31-34
• 2.3 优化条件下的接种试验34
• 2.4 优化条件下的菌种发酵34-37
• 2.4.1 菌种 P-01 的发酵34-35
• 2.4.2 安琪酵母的发酵35-36
• 2.4.3 混合菌种的发酵36-37
• 2.5 秸秆的结构变化37-38
• 3 本章小结38-40
• 第四章 不同预处理补料同步糖化发酵研究40-43
• 1 材料与方法40
• 1.1 试验材料40
• 1.2 菌种与培养基40
• 1.3 酶制剂40
• 1.4 主要仪器设备40
• 1.5 主要试剂40
• 1.6 同步糖化发酵条件40
• 1.7 补料过程40
• 1.8 分析方法40
• 2 结果与分析40-43
• 2.1 预处理后不水洗样品做补料发酵40-41
• 2.2 最优补料方式下的同步糖化发酵41-43
• 2.2.1 补加稀酸预处理玉米秸秆41-42
• 2.2.2 补加玉米秸秆爆破料下的发酵42
• 2.2.3 补加稻草粉爆破料下的发酵42-43
• 3 本章小结43
• 第五章 结论与讨论43-46
• 5.1 主要结论43-44
• 5.1.1 同步糖化发酵最优条件研究43-44
• 5.1.2 接种方式及菌种体系优化条件研究44
• 5.1.3 补料同步糖化发酵条件研究44
• 5.2 讨论与建议44-46
• 5.2.1 关于木质纤维素原料预处理的研究44-45
• 5.2.2 纤维素酶和酵母的复合条件研究45-46
• 5.2.3 秸秆纤维乙醇经济可行性研究46
• 参考文献46-50
• Abstract50

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