朱圣东[1]2005年在《微波技术用于植物纤维素原料生产酒精的研究》文中认为以植物纤维素为原料生产燃料酒精是解决人类所面临能源和环境问题,保持社会可持续发展的一条有效途径。本论文将微波技术用于植物纤维素原料的预处理和酶水解过程,以稻草作为模式植物纤维素原料,对植物纤维素原料预处理、酶水解和酒精发酵进行了系统的研究,未见有相关研究的文献报道。 首先考查了微波对稻草不同预处理方式对预处理后稻草酶水解的影响,并与常规碱预处理稻草酶水解进行比较,微波/碱预处理稻草可以提高预处理后稻草酶水解的初速度,而稻草酶水解的还原糖得率保持不变。在微波/碱预处理稻草浓度为10g.1~(-1),静置水解7d,以还原糖得率最高为优化目标时,微波/碱预处理稻草的优化条件为稻草在1%的NaOH溶液中经微波高火(700W)处理6min,预处理后稻草酶水解的优化条件为温度(45℃)、pH(4.8)和酶用量(20mg.g~(-1)底物)。以微波/碱预处理稻草为底物,考查了微波(300W)处理酶液和微波(300W)间歇处理酶水解过程对稻草酶水解的影响,微波处理酶液可以略为提高酶水解的初速度,而稻草酶水解的还原糖得率大幅下降,微波间歇处理酶水解过程可以提高酶水解的初速度,而稻草酶水解的还原糖得率略为下降,造成上述结果的原因是微波处理提高了纤维素酶滤纸酶活力和CMC糖化酶活力,而降低了纤维素二糖酶活力。 然后比较了微波/碱预处理稻草和常规碱预处理稻草对预处理后稻草化学组成及酶水解的影响,微波/碱预处理稻草有较高纤维素含量、较快的酶水解速度、水解产物糖化液有较高的葡萄糖含量。在此基础上,对微波/碱预处理稻草、微波/酸/碱预处理稻草和微波/酸/碱/H_2O_2预处理稻草进行了比较,微波/酸/碱/H_2O_2预处理稻草不仅可以回收稻草在预处理过程中所形成的木糖,而且预处理后稻草有较高纤维素含量、较快的酶水解速度、水解产物糖化液有较高的葡萄糖含量,是一种较为理想的稻草预处理方法。 接下来对常规碱预处理稻草、微波/碱预处理稻草和微波/酸/碱/H_2O_2预处理稻草酶水解动力学进行研究,上述3种预处理稻草酶水解都受产物还原糖的竟争抑制,都可以用下面的动力学模型对其酶水解过程进行较好描述: dC_G/dt=R_(pmax)·(C_(SO)-0.9C_G)/(K_m(1+C_G/K_G)+(C_(SO)-0.9C_G))
李秋园[2]2002年在《纤维原料酶水解及酒精发酵的研究》文中研究说明利用廉价的可再生纤维原料代替粮食发酵酒精，对于可持续发展战略的实施具有重要意义。本文在纤维素酶的生产、纤维原料的酶解糖化以及酶解液的酒精发酵等方面进行了一系列研究，并分别进行了中试。 考察不同环境因子对里斯木霉(Trichoderma reesei)ZU-03所产纤维素酶的影响，发现不同的碳源可以诱导产生出活力不同的纤维素酶，葡萄糖对纤维素酶的合成有较强的阻遏作用。 对里斯木霉产酶工艺的研究结果表明，培养基中的C/N、无机氮源组成对纤维素酶的产生有很大的影响，而培养基的初始pH、接种量、培养温度和摇床速度的影响则要小一些。在1.2M~3通气搅拌罐中的发酵试验发现，供氧状况的改善有利于纤维素酶的产生，当pH值和还原糖降至最低点时，纤维素酶开始大量生成。通过对培养条件的优化，获得的最佳培养条件为：培养基中纸浆粉浓度为4％，碳氮比8:1，微量和常量元素适量，吐温80 1ml／l；培养温度28℃，pH4.8。在此条件下，里斯木霉的产酶活力达到了14.31IU／ml。 通过对纤维素酶性质的研究发现，里斯木霉所产纤维素酶的最佳反应温度和pH分别为50℃和pH5.0。纤维素酶的热稳定性不太理想，温度、pH及二价金属离子的种类和浓度对其也有较大的影响。纤维素酶固态酶粉的贮藏稳定性要优于液态酶。 对不同纤维原料预处理方法的研究表明，纤维原料的酸、碱预处理方式及进行酸解反应的温度和时间都会对酶解得率有较大的影响。对酶解工艺的研究还发现：酶解得率受底物浓度及酶用量的影响较大，纤维二糖酶的加入会明显地提高酶解得率；酶解时采用分批添料方式和用未过滤的粗酶液可提高酶解效率。1.2M~3罐的酶解中试还表明，随着酶解反应的进行，葡萄糖在还原糖中所占的比例逐渐加大。浙江大学硕士学位论文 酶解液酒精发酵工艺的优化条件为：酶解液不过滤，不添加其它营养素，培养基起始pH控制5刀，培养温度控制刀立 7 oC。重复利用酵母可提高酒精得率。l二M3罐中试结果表明：在发酵培养到 38 hx时，酒精浓度达到 2．408％，糖利用率、酒精得率分别达到 92．9％和 92．7％。综上所述，利用纤维原料酶水解发酵生产酒精是切实可行的，可以利用常规酵母和酒精生产工艺来进行。
赵林果[3]2007年在《β-葡萄糖苷酶的制备与回收利用及其基因的克隆表达》文中指出在木霉纤维素酶水解植物纤维过程中,添加外源β-葡萄糖苷酶是提高可发酵性单糖得率、降低酶用量的一种行之有效的方法。因此,外源β-葡萄糖苷酶的活力及其使用成本能否满足工业化应用的需要至关重要。论文以制备高活力外源β-葡萄糖苷酶及多次重复利用β-葡萄糖苷酶为目标,优化了β-葡萄糖苷酶高产菌的培养条件并对产酶过程进行了pH值和补料调控;分离纯化了两种胞外β-葡萄糖苷酶酶和一种胞内β-葡萄糖苷酶酶,研究了其酶学特性;建立了超滤法、丙酮沉淀法、固定化酶法回收利用β-葡萄糖苷酶的方法及其工艺;并对β-葡萄糖苷酶的基因进行了克隆和表达。主要结果如下:(1)筛选获得β-葡萄糖苷酶高产菌株A.niger-NL-1,第4 d时,酶活力最大值达到4.7 U/ml。在分泌β-葡萄糖苷酶的过程中,该菌株能产生较高活力的内切葡聚糖酶和外切葡聚糖酶,滤纸酶活达到0.62 IU/ml。并且,粗酶液中β-葡萄糖苷酶和内切葡聚糖酶具有较强的耐酒精特性。(2)产酶时适宜的初始pH值为5.0。将产酶期的pH值控制在4.0左右有利于β-葡萄糖苷酶的分泌,120 h时酶活力达到6.12 U/ml。(3)产酶过程中经过四次补加麸皮,酶活力提高了近3倍。补料发酵工艺中,适宜的麸皮初始浓度为3%,在补料总量一定时,采用递减补料方式效果最好,其酶活力达到7.0 U/ml。分批补料培养是一种很好的提高酶产量的方法。(4)采用盐析、疏水层析、阴离子交换层析、凝胶过滤等步骤,纯化获得两种胞外β-葡萄糖苷酶,它们的单亚基分子量分别为114.6 KD和70.3 KD。高分子量的酶具有耐高糖特性,以对硝基苯酚-β-D-葡萄糖苷为底物,葡萄糖的抑制常数K_i为41.01 mmol/L。两种酶均不需要依赖金属离子维持其活性,能被一定浓度的乙醇、甲醇、正丁醇、乙酸乙酯激活。(5)纯化获得一种胞内β-葡萄糖苷酶,其分子量大小为122.7 KD。甲醇、乙醇、正丁醇、丙酮和乙酸乙酯等有机溶剂对该酶具有显着的激活作用。添加30%甲醇、30%乙酸乙酯、40%正丁醇、40%丙酮时,它们的相对酶活力分别为153%、162%、184%和146%。该类酶在合成工业中将具有很好的应用前景。(6)选择截流分子量30 KD超滤膜回收纤维二糖水解液中β-葡萄糖苷酶比较适宜。连续超滤回收不同批次的纤维二糖酶解液中β-葡萄糖苷酶,第一轮的酶回收率、平均膜通量分别为99.5%和109.4 L/m~2.h;第二十轮回收的β-葡萄糖苷酶为初始加酶量的90%以上,且平均膜通量为79.2 L/m~2.h。利用丙酮回收水解液中β-葡萄糖苷酶时,丙酮与水解液的体积比在0.75～1.0之间比较适宜。用-20℃丙酮沉淀2 h,酶回收率为95.7%。连续沉淀不同批次的纤维二糖酶解液时,第15次的酶回收率仍能在50%左右,可节省所需酶量的78.97%。(7)以海藻酸钠为载体制备的固定化β-葡萄糖苷酶重复利用20次仍能保持90%以上的酶解得率。以进料速度为1.5 ml/min,1.0 ml/min连续酶解时,酶解得率分别达到96.65%和99%。与单独采用木霉纤维素酶相比,在β-葡萄糖苷酶总活力与滤纸酶活之比为0.5(FPA=2.0 IU/ml)的条件下,固定化β-葡萄糖苷酶与木霉纤维素酶协同作用降解滤纸纤维素和微晶纤维素60 h,它们的水解得率分别增加了20.4%和29.3%。(8)克隆了片段大小为2582 bp的黑曲霉β-葡萄糖苷酶基因,构建了β-葡萄糖苷酶基因表达载体pPICZα-A-bgl1,通过转化成功获得了重组毕赤酵母。(9)在适宜的条件下,重组酵母一步式发酵的第5d酶活力达到11.29 IU/ml,产酶能力明显高于二步式,且产酶周期大大缩短。利用二次电转化技术获得了多拷贝数的重组子,其表达量比一次电击获得的优良重组子增加了2.7倍,比出发菌株高出5倍多,实现了高效表达。通过研究,本论文在四个方面取得了成果:(1)获得了β-葡萄糖苷酶的高产菌株,建立了产酶过程中pH调控和分批补料的方法与工艺。(2)酶的纯化及其性质的研究为获得更适合于植物纤维原料酶水解的β-葡萄糖苷酶或拓宽其新的应用领域打下了基础。(3)建立了超滤法、丙酮沉淀法、固定化酶法回收利用β-葡萄糖苷酶的方法及其工艺,为建立β-葡萄糖苷酶辅助降解纤维原料酶解液的新模式或新工艺提供了理论依据。(4)成功克隆出黑曲霉β-葡萄糖苷酶的基因,并在毕赤酵母中实现了高效表达,显示出了很好的工业化应用潜力。
曹卫星[4]2012年在《预处理方法对甜高粱茎秆汁液及残渣乙醇发酵的影响》文中进行了进一步梳理甜高粱作为一种非粮作物，越来越成为各国学者的研究热点。研究以甜高粱为原料制备燃料乙醇对于缓解目前日益短缺的能源危机具有重要的现实意义。对于基于甜高粱的燃料乙醇而言，目前甜高粱原料供应无法满足生物乙醇周年生产的需求，发酵效率相对较低严重限制了甜高粱乙醇的产业化。本文以甜高粱为研究对象，研究了添加甲酸和壳聚糖对甜高粱茎秆汁液进行储藏，并验证发酵效果，延长了甜高粱茎秆汁液的储藏周期；对甜高粱茎秆汁液进行澄清处理，以及添加不同的微量元素研究，有效提高了甜高粱茎秆汁液的乙醇发酵效率；对甜高粱籽粒部分进行了糖化条件的优化及糖化醪与甜高粱茎秆汁液混合发酵，从而有效的提高了茎秆汁液与甜高粱籽粒的高效利用；采用五种预处理方法对甜高粱茎秆残渣进行预处理，并结合酶水解制取乙醇，比较得到较好的预处理方法及酶水解效果，预处理后的残渣是甜高粱乙醇的重要补充原料。添加甲酸和壳聚糖储存甜高粱茎秆汁液的研究结果表明，甲酸与壳聚糖都有利于甜高粱茎秆汁液中的糖分保存及储藏后汁液的乙醇发酵。甜高粱茎秆汁液中添加体积分数为0.1%的甲酸是文中提到的几种处理中效果最好的处理方法，在该储藏条件下储藏40天后甜高粱茎秆汁液中总可溶性糖的损失率为15.9%，接种固定化酵母粒子发酵30h后，乙醇浓度和乙醇产率分别为39.94g/L和75.49%。对甜高粱茎秆汁液采用壳聚糖溶液进行澄清处理，通过响应面方法优化得到最佳的澄清处理效果为壳聚糖用量为0.42g/L，汁液pH值5.4，温度29.6℃。在最优条件下进行验证试验，预处理后汁液澄清度为90.62±0.12%，总可溶性糖含量为130.32±0.22g/L，优化结果真实可信。研究了澄清处理与对照汁液的发酵动力学参数，动力学方程的拟合结果表明，实验数据拟合度较好，拟合得到的动力学相关参数进一步表明，澄清处理提高了酵母细胞的最大比生长速率，增加酵母细胞的数量，加快了甜高粱茎秆汁液中糖分的消耗速度，从而提高乙醇产量。采用Plackett-Burman设计方法对供试的8种微量元素进行筛选得到对以甜高粱茎秆汁液为原料发酵制取乙醇具有积极影响的元素，分别为Biotin、CoCl_2·6H_2O和MnCl_2·4H_2O，并采用单因素法确定得到这3中微量元素的添加量的范围以及采用Box-Behken方法进行优化，得到最佳的微量元素的添加量为MnCl_2·4H_2O7.70mg/L, CoCl_2·6H_2O15.74mg/L，Biotin11.97mg/L，在最佳条件下进行发酵验证，相比较不添加微量元素的汁液而言，乙醇产率提高了5.63%，这为未来甜高粱茎秆汁液的中试生产中微量元素的添加提供参考。对甜高粱籽粒进行液化和糖化，采用单因素法分别确定了液化和糖化过程参数的水平范围，通过CCD响应面优化得到合适的液化和糖化工艺条件，分别为液化过程：底物浓度20%，液化酶酶活5.0u/g底物，液化pH值为5.5，液化温度为65℃，液化时间30min，糖化酶活浓度为594u/g底物，pH值为4.1，糖化温度为51.4℃，糖化时间为80h。将糖化得到的糖化醪液的澄清液与甜高粱茎秆汁液混合并接种酵母发酵制备乙醇得到的研究结果表明，添加澄清糖化液到甜高粱茎秆汁液中可以增加发酵醪中还原糖含量及自由氨基氮含量并提高发酵速率。混合汁液中澄清糖化液的体积分数越大，发酵速率越快。含有80%澄清糖化液的混合汁液具有最高的乙醇浓度、乙醇生产力和乙醇产率，分别为65.64±0.57gL~(1)、5.47±0.04gL~(1)h~(1)和89.29±0.77%，这比对照纯甜高粱茎秆汁液分别提高了6.8%、33.5%和13.7%。对甜高粱茎秆残渣进行了原料分析和预处理，研究结果表明文中所用的五种预处理方法均有利于提高甜高粱茎秆残渣的纤维素水解效率，其中先2%氢氧化钠溶液浸泡并高温高压处理再使用5%双氧水处理甜高粱茎秆残渣是这五种方法中最为合适的预处理方法，这种预处理方法预处理后的残渣具有最高的纤维素水解率、总糖得率和乙醇浓度，分别达到了74.29%、90.94g糖/100g干物质和6.12g/L，这分别是对照的5.88倍、9.54倍和19.13倍。在扫描电镜分析中可以看出预处理后的甜高粱茎秆残渣的显着结构变化，傅立叶红外光谱分析可以推断预处理造成了一些化学键的断裂和变化，甜高粱茎秆残渣的纤维素含量和酶糖化率有关。该预处理方法将为甜高粱茎秆残渣制乙醇提高提供参考。综上所述，甲酸储藏可以至少延长甜高粱茎秆汁液的储藏周期至40天，壳聚糖的澄清以及添加Biotin、MnCl_2·4H_2O、CoCl_2·6H_2O可以提高乙醇产率。汁液和糖化液的混合发酵能够提高发酵液中乙醇浓度及发酵速率，稀碱液高温高压处理辅以双氧水浸泡预处理后提高了甜高粱茎秆残渣的水解率，拓宽了甜高粱乙醇的原料来源，为乙醇的周年生产提供充足的原料。
姜秀美[5]2007年在《与膜耦合的串联发酵生物质制乙醇的研究》文中进行了进一步梳理与膜分离相结合的乙醇发酵技术的开发研究对于发展农产品节约化加工技术和替代石油的新型清洁能源生产具有重大意义。植物纤维原料包括纤维素、半纤维素和木质素，是地球上最丰富的生物可再生资源，利用其作为廉价的糖源生产燃料乙醇是解决世界能源危机的最有效途径。本研究采用在两个串联的固定床内连续发酵葡萄糖和木糖组成的糖液并与膜耦合的方法来制取酒精。通过硅橡胶膜(PDMS膜)的渗透蒸发过程将产品乙醇从发酵液中移出。解决了发酵过程中产物的抑制作用，提高了糖的利用率和乙醇的产率。主要研究结果如下：本文所采用的PDMS复合膜在分离乙醇水溶液和发酵液时具有稳定的通量和分离因子，表现出相当高的分离性能。随着进料乙醇浓度的增加，乙醇水溶液和发酵液的渗透通量都呈现增大趋势，但分离因子略有降低。当温度和循环流量恒定时，分离不同进料浓度的乙醇水溶液时表现出稳定的乙醇传质系数。研究了不同氮源条件下酵母的生长规律。结果表明，硝酸钾作为氮源的增殖效果较差，尿素作唯一氮源增殖酵母时，酵母最终浓度与单独采用蛋白胨时相接近。研究了影响嗜鞣管囊酵母生长和发酵的两个重要因素：温度和pH值。研究表明，酵母在pH3.0—4.0这一低pH范围仍能正常生长，但从酵母最终浓度和得率考虑，酵母的最适生长pH范围为4.5—5.0；从酵母生长速度考虑，最适生长温度范围为30—35℃。采用50g／l的葡萄糖和25g／l的木糖为发酵底物进行串联发酵的研究结果表明，当发酵温度为35℃，pH值为4.5-5.0时发酵液中的酒精浓度较高。研究了糖浓度对串联发酵的影响。采用葡萄糖和木糖比例为2：1，总糖浓度不同的混合糖为底物。结果表明，随着底物浓度的不断上升，发酵罐中的残留的总的还原糖的浓度也不断上升，但酒精的浓度上升的幅度并不大。研究了膜耦合对发酵过程的影响。在相同的条件下，考察了膜耦合发酵和未与膜耦合发酵的酒精浓度和糖醇转化率。结果表明，膜耦合发酵不但促进了发酵的稳定进行，而且提高了乙醇的生产能力。
李旭晖[6]2010年在《造纸污泥单独糖化和酒精发酵的研究》文中研究说明探讨了以我国造纸污泥为原料,采用单独酶水解和酒精发酵工艺制备燃料乙醇的可行性。以造纸工业废弃物——造纸污泥为原料,利用商业纤维素酶将造纸污泥的主要成分(葡聚糖和木聚糖)转化为可发酵的糖,对酶解工艺进行了研究;然后分别以融合酵母和酿酒酵母作为发酵菌株,对酶水解产生的糖进行酒精发酵,对发酵工艺及融合酵母木糖利用情况进行了研究。首先对来自3个不同造纸厂,两种不同处理工艺(脱墨和化学制浆)的叁种造纸污泥的主要化学成分进行分析,结果表明由于制浆工艺的不同,叁种污泥纤维素、半纤维素和灰分的含量有较大差异。脱墨污泥碳水化合物含量低,仅为34%,灰分含量较高,高达44%。采用化学制浆工艺的污泥PS3灰分含量低,仅为13%,纤维素和半纤维素含量较高,高达71%。以Spezyme CP和Novozyme 188两种商用酶对造纸污泥进行酶水解的研究。结果表明化学制浆污泥比脱墨污泥更易于酶解。在同一条件下酶解时,化学制浆污泥酶水解后获得的糖化率高出脱墨污泥糖化率57%以上。以污泥酶解的糖化率为指标,确定了造纸污泥酶水解的最适条件:pH值5,温度40℃,纤维素酶添加量为15FPU/g纤维素,Novozyme 188添加量为30U/g纤维素。以PS2为原料,在上述条件下,当初始底物浓度为2%(w/v,以总的碳水化合物的浓度来表示)时,水解72h,污泥糖化率可达到99.65%。当提高初始底物浓度至6.0%(w/v)并延长水解时间至144 h时,获得的总还原糖浓度比2%初始底物浓度时提高了2.7倍,葡萄糖48.58g/L,木糖10.74g/L,但糖化率下降到89.92%。采用流加底物的方式,有利于造纸污泥的水解。当底物浓度为6%(w/v)时,分批补料酶解得率提高7.5%,纤维素酶的添加量由25FPU/g减少到15FPU/g,并且水解时间由144h缩短到120h。分别利用融合酵母SHY07-1和酿酒酵母SHY08-3,以初始底物浓度为6% (w/v)的PS3污泥水解液为底物,在没有脱毒或营养补充的情况下,能够进行酒精发酵。以发酵产量和速率为依据,两种酵母对造纸污泥水解液进行酒精发酵的最适条件基本一致,即培养温度35℃,pH5.5。发酵72h,融合酵母SHY07-1获得的最大乙醇浓度为34.72g/L,比酿酒酵母SHY08-3获得的乙醇浓度(29.29 g/L)高18.5%。当融合酵母与酿酒酵母菌种量混合比例为2:1时,污泥水解液发酵72h,获得乙醇浓度(33.47g/L)最高,相应的转化率、乙醇生成速率分别为0.45g/g、0.46 g/(L·h)。
林贝[7]2007年在《玉米秸秆酸解副产物对酒精发酵影响的研究》文中进行了进一步梳理本文用高效液相色谱对玉米秸秆稀酸水解预处理后的水解液中的成分进行了分离和定量，得出了水解液中存在的主要副产物甲酸、乙酸、香草醛、糠醛和羟甲基糠醛，其中乙酸和香草醛以较高浓度存在。Ca(OH)_2过碱化脱毒处理可除去少量副产物，但是对羧基酸的浓度基本无影响。实验中分别考查了这五种副产物在不同浓度下对重组菌株S．cerevisiae 6508-127生长和发酵的影响。结果表明，甲酸和乙酸对菌体生长的抑制强于乙醇生成，且甲酸的抑制程度远大于乙酸，1g／L即明显的抑制了木糖的利用和菌体生长，而乙酸2g／L开始对发酵有较明显的影响；2g／L香草醛可使菌体生长延滞期明显延长，而在较低浓度(≤1.2g／L)此现象不明显，6g／L香草醛完全抑制了发酵的进行；糠醛在0.5-1.5g／L范围内对菌体生长有抑制作用，但使乙醇得率提高；羟甲基糠醛在0.2g／L浓度存在就使乙醇得率有明显降低，但使生物量得率提高；研究中还发现，糠醛、羟甲基糠醛和香草醛可被S．cerevisiae 6508-127代谢。发酵玉米秸秆稀酸水解液与浓缩液，与模拟培养基的发酵情况对比，得到副产物的共同作用与每种副产物作用的简单加和有很大差异。副产物以不同的浓度共同存在时对发酵的影响有较大不同，且以较低浓度存在时对木糖代谢及乙醇生成有促进作用。
王周芳[8]2007年在《基因工程酵母发酵木糖生产酒精的研究》文中进行了进一步梳理木糖是植物纤维原料水解产物中含量仅次于葡萄糖的一种单糖，木糖的酒精发酵一直被人们视为植物纤维原料生物转化生产酒精的关键技术之一。常用的酿酒酵母只能发酵葡萄糖，不能利用来自半纤维素的木糖。少数微生物如Pichia stipitis、Candida shehatae等虽然能够利用木糖，但由于要求“半好氧”的发酵条件及较差的乙醇耐受性而不适合工业化应用。本文以基因工程酵母Saccharomyces cerevisiae ZU-10为发酵菌株，对其游离细胞和固定化细胞发酵木糖生产酒精的主要工艺参数进行了优化，并对基因工程酵母发酵植物纤维原料水解液生产酒精进行了研究。利用基因工程酵母S.cerevisiae ZU-10发酵木糖产酒精的研究结果表明，S.cerevisiae ZU-10在厌氧条件下具有较强的发酵木糖产酒精的能力，80g／L木糖、初始pH值5.5、30℃下发酵96 h后生成29.3 g／L酒精，木糖利用率达到96.1％，酒精产率为0.37。但在培养基中添加浓度高于0.25 g／L的乙酸或者高于0.08g／L的糠醛时，基因工程酵母发酵木糖生产酒精将受到较大影响。添加适量的葡萄糖可促进木糖发酵，在30 g／L木糖培养液中添加40g／L葡萄糖，36 h内木糖利用率从以木糖为唯一碳源时的79.0％提高到85.7％。这一特性对应用基因工程酵母S.cerevisiae ZU-10发酵植物纤维原料水解液生产酒精具有重要意义。采用海藻酸钙凝胶包埋法固定基因工程酵母，利用固定化细胞在30℃下发酵80g／L木糖，与游离细胞发酵相比，固定化细胞发酵发酵周期由96 h缩短至60 h，，木糖利用率从96.1％提高到了100％，酒精浓度由29.3g／L增加到31.7g／L。固定化细胞对乙酸和糠醛耐受性明显增强，对乙酸和糠醛的耐受性分别提高到1.2g／L和0.12g／L。固定化细胞发酵性状稳定，产酒精能力较强，重复8批发酵木糖利用率均在99％以上，酒精浓度的平均值为31.3g／L，酒精的平均得率为0.39。基因工程酵母S.cerevisiae ZU-10对乙酸、糠醛等抑制物较为敏感，分别对玉米秸秆半纤维素水解液采用活性炭吸附、石灰中和、真空浓缩汽提和离子交换等四种方法进行脱毒处理。结果表明，真空浓缩汽提可脱去大部分乙酸和糠醛，再结合石灰中和除去半纤维素水解液中的SO_4~(2-)，则是一种简单有效的半纤维素水解液脱毒工艺。利用基因工程酵母固定化细胞对脱毒后的半纤维素水解液进行酒精发酵，71.8g／L木糖发酵72 h后残留木糖浓度为2.1g／L，木糖利用率为97.1％，生成31.1 g／L酒精。利用基因工程酵母S.cerevisiae ZU-10固定化细胞发酵玉米秸秆酶解液中的葡萄糖和木糖，酶解液先经氢氧化钠预处理，24 h内66.9g／L的葡萄糖和32.1 g／L的木糖发酵生成40.7g／L的酒精。同S.cerevisiae ZU-10游离细胞相比，固定化细胞发酵缩短了发酵周期，大大提高了生产效率。利用固定化细胞重复12批发酵玉米秸秆酶解液，葡萄糖利用率均为100％，木糖利用率均在90％以上，平均酒精浓度为40.4g／L，对葡萄糖和木糖的平均酒精得率为0.41，结果表明固定化细胞可以持续、高效、稳定地发酵玉米秸秆酶解液生成酒精。
侯金淑[9]2007年在《废报纸同步糖化发酵生产燃料乙醇》文中指出木质纤维素是世界上最丰富的碳水化合物资源。随着地球上不可再生资源化石燃料日益耗尽,利用生物技术将木质纤维素通过生物转化生成可替代化石燃料的酒精具有重大意义。木质纤维素生产燃料乙醇的酶法糖化过程中,预处理与纤维素酶是两个关键的成本控制因素。因此本论文选用价格低廉、已脱去木质素的废报纸作为原料,不需要复杂的预处理,节约了成本。同时在同步糖化发酵中添加非离子表面活性剂,提高纤维素的水解率,进而提高最终的燃料乙醇产率。在造纸过程中使用了大量的化学物质,这些物质黏附在报纸的外层,报纸的水解效率很低。用0.25%磷酸在室温20℃处理30分钟,废报纸悬浮液的浓度为50g/L,反应后过滤,水洗至中性,可以破坏报纸的胶层结构,提高报纸的酶解效率。研究中采用安琪耐高温酿酒高活性干酵母和丹宝利耐高温酿酒高活性干酵母进行发酵,两种菌株均具有耐酸耐高温的优势,可在40℃正常发酵,缓解纤维素水解的温度和酵母菌发酵的温度不一致的矛盾。。同步糖化发酵被认为是木质纤维素生物法转化为酒精最有效的方法,也是最常用的一种方法。工艺简单,糖化和水解在一个反应器中进行,水解产生的葡萄糖不断被微生物消耗,避免了对水解反应的产物抑制,有利于酶水解的进行,提高了糖化效率和发酵效率。因此本论文采用这种工艺进行燃料乙醇的生产。在实验中,考察了添加不同的非离子表面活性剂吐温20、吐温60、吐温80和曲拉通X-100对同步糖化发酵结果的影响,通过比较表明,吐温20的效果最好,能显着地提高发酵液中还原糖的产量和乙醇产率。实验中还研究了添加吐温20对废报纸同步糖化发酵产酒精的影响,与不加表面活性剂的实验进行对比,并通过正交实验和单因素实验考察了发酵时间、酶用量、接种量和吐温20的浓度对废报纸同步糖化发酵的影响。结果显示吐温20能有效提高发酵液中还原糖的浓度和酒精的产率,减少高成本的纤维素酶用量。添加0.15%的吐温20,酒精产率相应地增加了5.47%和7.24%,还原糖的含量分别增加了11.8%和12.2%。在最优发酵条件72小时、20FPU/g底物、10%酵母接种量(V/V)和0.17%吐温20下,产率达到0.2416g酒精/g废报纸,是理论值的62.6%。因此添加吐温20能降低整个工艺的成本。
柏争艳[10]2016年在《玉米秸秆发酵制备燃料乙醇生产工艺研究》文中提出木质纤维素由纤维素、半纤维素和木质素通过共价键联结成网络结构,结构致密,难以被酶水解,所以如何更好加强预处理的效果是木质纤维素原料发酵生产乙醇技术的关键。本文以玉米秸秆发酵生产燃料乙醇为技术路线,针对木质纤维素难以被酶水解导致的预处理成本较高、设备条件要求苛刻等关键技术难题,结合河南天冠集团现有的技术条件,通过对玉米秸秆的预处理、水解糖化和乙醇发酵条件的研究,设计了一种较为理想的生产工艺。首先采用动态挤压-稀碱耦合预处理工艺,以基因重组酵母S.cerevisiae ZU-10为酒精发酵菌种,对葡萄糖和木糖的共发酵、利用木质纤维原料生产乙醇的浓度等关键技术进行了研究。结果表明,优化后的批式酶解工艺条件为:以动态挤压和氢氧化钠耦合预处理工艺处理过的玉米秸秆为底物,初始浓度为80 g/L,酶用量为20 FPIU/g(酶/底物)和12 CBIU/g(酶/底物),反应时间为48 h,底物的酶解得率达到83.7%;优化后的同步糖化发酵工艺在3万吨级生产线上进行了验证:以经过动态挤压和氢氧化钠预处理后的玉米秸秆,在加入20 FPIU/g(酶/底物)的纤维素酶和12 CBIU/g(酶/底物)的纤维二糖酶处理后的糖液为底物,利用基因重组酵母S.cerevisiaeZU-10,在32℃、pH5.0条件下,发酵72h,乙醇浓度达到30g/L。该项研究不仅具有学术价值,而且在工业生产中的应用也具有可观的效益,优化后的工艺应用后取得了较好的结果,对原辅料消耗、能源消耗等指标进行经济效益核算,结果发现比原有工艺减少生产成本17.69%,更接近于粮食乙醇的市场售价。
参考文献：
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[2]. 纤维原料酶水解及酒精发酵的研究[D]. 李秋园. 浙江大学. 2002
[3]. β-葡萄糖苷酶的制备与回收利用及其基因的克隆表达[D]. 赵林果. 南京林业大学. 2007
[4]. 预处理方法对甜高粱茎秆汁液及残渣乙醇发酵的影响[D]. 曹卫星. 上海交通大学. 2012
[5]. 与膜耦合的串联发酵生物质制乙醇的研究[D]. 姜秀美. 大连理工大学. 2007
[6]. 造纸污泥单独糖化和酒精发酵的研究[D]. 李旭晖. 华南理工大学. 2010
[7]. 玉米秸秆酸解副产物对酒精发酵影响的研究[D]. 林贝. 大连理工大学. 2007
[8]. 基因工程酵母发酵木糖生产酒精的研究[D]. 王周芳. 浙江大学. 2007
[9]. 废报纸同步糖化发酵生产燃料乙醇[D]. 侯金淑. 湖南大学. 2007
[10]. 玉米秸秆发酵制备燃料乙醇生产工艺研究[D]. 柏争艳. 浙江大学. 2016