王瑞明[1]2002年在《燃料乙醇固态发酵生产工艺的研究》文中研究说明由于能源、环境的潜在危机，燃料乙醇已经成为世界各国重点研究和推广的能源课题之一，在我国以乙醇代替汽油或部分代替汽油驱动机动车辆，农用机械也势在必行。本文以玉米秸秆和玉米为原料，采用固态基质的乙醇发酵与CO_2循环气提耦合和固态基质的乙醇连续蒸馏工艺。由于该工艺产生的酒糟为含水量较低的固体材料，直接干燥后生产饲料，无有机物排放，因此称为清洁生产工艺。本文就该工艺过程所要求的条件，菌种、以及有关设备进行了研究，主要研究结果如下： 1．首先，对在固态淀粉质材料中发酵乙醇的酵母进行了研究并选育了适合固态基质发酵条件的耐酸、耐高温酵母N62。该酵母的主要性能特征为：最适pH4.2，最大乙醇发酵能力132g／L，最适发酵温度34.5℃。初步鉴定为酿酒酵母(saccharomvces cerevisiae)。 固态基质淀粉质原料乙醇边糖化边发酵工艺(SSF)，最优化条件为：糖化酶用量175 U／g原料，发酵温度34.5℃，发酵时间6d，淀粉的浓度21％，固态基质中的水分含量65％，淀粉利用率为89％。 2．从牛圈的土样中选育了发酵木糖的酵母菌T_(021)，该菌株的特性为：分类学定义为奥默毕赤氏酵母(Pichia ohmeri)，最低乙醇抑制浓度140g／L，最适发酵温度33-34℃，发酵80g／L的木糖，转化率为0.159(g Eth／g Xylose)。 3．在本研究中玉米秸秆的作用有两个：一是将玉米秸秆进行预处理，纤维素和半纤维素部分水解，转化成可发酵性糖，然后纤维素酶与能发酵木糖和发酵葡萄糖的酵母菌对纤维素进行SSF发酵生产乙醇，二是玉米秸秆经过发酵后的残渣作为淀粉质材料乙醇固态发酵的填充料，以降低淀粉浓度，增加固态基质的通透性，有利于发酵过程的传质传热，有利于固态基质乙醇的连续蒸馏。 玉米秸秆的预处理条件：水解温度、水解时间、硫酸浓度、固形物含量等因素都对秸秆的水解产生影响。硫酸浓度的影响最大，其次为水解温度、水解时间、固形物的影响较小，粒度也是影响玉米秸秆水解的因素，但影响最小。为此选择的工艺条件为：硫酸浓度0.8％，水解温度121℃，水解时间60min，固形物含量25％。 玉米秸秆粉SSF乙醇发酵条件：发酵温度33℃，发酵时间5天，入池pH值4.5，纤维素酶浓度25 IFPU／g原料。乙醇醅中乙醇浓度达2.84％，玉米秸秆的乙醇转化率为11.36％ 4．由于固态发酵微生物生长的环境与液态发酵有显着的不同，微尘物生长及代谢有较大的差异。乙醇的积累、pH、溶解氧和底物浓度都是影响发酵过程规律的因素。为此本研究建立了固态基质乙醇发酵动力学模型。 固态淀粉质原料乙醇发酵的动力学模型： 摘 要 【血0二76 XSXS ldt 0石68X ＋l．1465＋0刀02P fan。＾。。 ＆ t——＝18385221一4367．97X ldt dt（1） D 血，＿＿＿力。办二一一6．226二一1刷工一3．254X ldt dt dt IX。，、二0．5、Rt。＝16．S，，、＝320木质纤维素乙醇发酵的动力学模型： J eeo刀61人E I 血7．403X＋o．378E十1刀26P I 咖＿＿＿＿＆＿＿＿＿ I——＝12．526——一0．387X（2） ldt dt idE＿＿e＿＿＿dD 【二一一3．把二一3．的4工一1．404X ldt dt dt t具中：＊n＝0．又＆＝30：凡一05．本文进行了固态淀粉质CO。气载乙醇发酵分离耦合过程的研究。以固态基质材料发酵乙醇，利用发酵过程中由酵母产生的COZ作为循环载气，将载气在冷凝器中冷却分离乙醇与气体，降温后的COZ重新加压返回固态基质反应器中，使固态基质反应器的温度有一定程度的降低，从而探讨解决大规模固体厌氧发酵温度的控制问题。 淀粉质 COZ气载乙醇分离耦合固态发酵工艺条件：淀粉含量 21．5％，玉米秸秆粉 10％，水分 55％，100oC蒸煮 60min，降温后加糖化酶 175 U哈原料，液体耐酸酵母接种量 5％（细胞浓度 SX10、 屿），发酵期温度 3435aC，发酵时间6d。6．固态基质乙醇连续蒸馏设备的设计计算与操作条件确定，固态基质乙醇连续蒸馏设计与计算既要考虑常规蒸馏的理论又要将固态基质作为填料来考虑， 因此固态蒸馏塔的设计中引入填料塔的理论。 在固态基质中的乙醇浓度达到909从g的条件下，六块塔板就可使汽相中 的乙醇浓度达到60％（V）。
苏小军[2]2009年在《马铃薯生料糖化发酵转化乙醇的研究》文中研究指明我国是世界上最大的马铃薯生产国,种植面积达8000万亩,产量超过8000万吨。尽管生产占据第一位,但加工业却很薄弱,严重制约了整个产业的发展。以马铃薯为原料生产乙醇可为我国马铃薯的深加工开辟一条新途径。乙醇通过进一步的纯化,即可成为食用乙醇,也可用作工业乙醇,还可成为燃料乙醇。随着全球性能源安全问题的出现,以马铃薯为原料生产燃料乙醇是最有发展前景的。目前,能耗较大和成本偏高是制约乙醇产业发展的主要问题,因此,有关乙醇生产的研究也主要集中在这两方面。以淀粉质为原料发酵生产乙醇,传统工艺必须先通过高温高压蒸煮工序,而该蒸煮工序消耗的能量占到了整个生产过程总能耗的30%-40%。生料发酵技术省去了高温蒸煮糊化工艺,避免了高温条件下可发酵性糖的损失,因而具有降低能耗、简化操作工序、降低生产成本等优点,但目前其工业化应用受到了菌株产酶活力低、酶活力不稳定、发酵周期长、效率低、容易污染等因素的限制。生料发酵技术的关键在于生淀粉的水解糖化,因此通过选育生淀粉酶高产菌株和提高淀粉对酶解的敏感性等途径来增加生淀粉的糖化效率,是当前的研究重点和热点。本文以马铃薯为对象,开展生料糖化发酵技术转化乙醇的研究。一方面通过选育马铃薯生淀粉酶高产菌株,并通过产酶条件的优化,获得高活力生淀粉酶,以达到实现生料糖化发酵转化乙醇的目的。另一方面,采用辐照技术对马铃薯原料进行预处理,以提高糖化效率,并通过进一步的条件优化,实现马铃薯生料发酵转化乙醇。本研究旨在建立起以马铃薯为原料转化乙醇新技术体系,为解决我国马铃薯加工产业问题提供新思路,为乙醇产业发展开辟原料新途径提供技术支持,对于我国马铃薯和乙醇产业乃至能源的可持续发展都有重要意义。取得研究结果如下:1、通过从马铃薯加工基地、酒精厂和淀粉厂附近的腐殖土壤及腐烂马铃薯中广泛取样,初步筛选出了10株具有较强马铃薯生淀粉糖化能力的菌株,并通过进一步筛选,获得了1株对马铃薯生淀粉糖化能力相对较强的菌株,其液体培养所产的生淀粉酶活力达30.5 U/ml,固体培养所产生淀粉酶的活力达19.3U/ml。对菌株的形态学研究和ITS rDNA序列同源性比较分析表明,该菌株属于黑曲霉(Aspergillus niger)。2、采用紫外辐照和硝基胍处理相结合的方法对上述菌株进行了诱变,得到1株产酶能力大大提高的突变株,其固体发酵所产生淀粉酶的酶活力为43.8U/ml,比出发菌株提高了127%。经连续6代传代试验验证,该突变株的遗传性能稳定。为方便起见,将该突变菌株命名为Aspergillus niger AF-1。3、对菌株AF-1固态发酵所产生淀粉酶的酶学性质分析表明,酶的最适反应温度为55℃,在60℃以下稳定,具有一定的耐热能力;最适反应pH为4.0,在pH 3.5-5.0范围内稳定,为一种酸性酶;Mn~(2+)、Fe~(2+)、Zn~(2+)、Mg~(2+)、Ca~(2+)、Ba~(2+)对酶有一定的激活作用,而Cu~(2+)、K~+、Na~+则抑制酶的活性。酶对底物的作用方式表现出多样性,以表面扩散侵蚀的方式作用于马铃薯和木薯生淀粉,以表面扩散侵蚀和形成大侵蚀孔洞的方式同时作用于红薯淀粉。4、利用响应面法对菌株AF-1固态发酵产生淀粉酶的条件进行了优化。首先采用单因素试验筛选出马铃薯粉、豆粕粉、FeSO_4为最适碳源、氮源和无机盐。然后通过Plackett-Burman设计对影响产酶条件的12个相关因素进行效应评价,筛选出具有显着效应的豆粕粉、温度和麸皮叁个因素。再利用最陡爬坡试验逼近以上叁个因素的最大响应区域。最后采用响应面中心组合设计对显着因素进行优化,得出豆粕粉含量、温度和麸皮添加量的最佳值分别为11.46%、26.26℃和17.41g。优化后的酶活提高到204 u/ml,比初始酶活提高了3.85倍。5、采用γ射线对马铃薯进行辐照处理,发现马铃薯淀粉经50-400kGy剂量照射后原有颗粒形貌并没有改变,但经200kGy剂量处理后溶于水6h颗粒表面出现明显裂痕,经400kGy剂量处理后溶于水3h颗粒表面出现大量裂痕,6h颗粒失去原有形貌。进一步的分析表明,马铃薯粉经不同剂量辐照处理后,溶解度增加,其中以400kGy剂量处理增加效果最显着,溶解度达61%,比对照的提高了4倍;辐照处理具有直接糖化效果,还原糖的含量随着辐照剂量的加大而增加,其中以400kGy剂量辐照处理的糖化效果最明显,DE值达5.1%;马铃薯经辐照处理后,对酶的作用变得敏感,且随着辐照剂量的增加而加强;200kGy剂量范围内辐照处理对糖化效率的提高不如95℃蒸煮显着,但400kGy剂量辐照处理的要远远高于蒸煮的;离子色谱法分析检测表明,马铃薯粉经200、400kGy剂量辐照处理后,降解产物主要为葡萄糖和麦芽糖;经400kGy辐照处理后酶解产物主要为葡萄糖,酶解的主要产物单一。6、以生马铃薯粉为原料,采用酵母菌和菌株Aspergillus niger AF-1所产生淀粉酶进行同步糖化发酵转化乙醇时,合适的酶添加量为150U/g,料水比为1:2.5,酵母添加量为5×10~7个/ml。另外,添加外源氮源硫酸铵能够提高发酵液的乙醇浓度。Ca~(2+)、Mg~(2+)对发酵有一定的促进作用,分别在8mmol/L和4mmol/L浓度条件下表现出最大效应。50kGy剂量辐照处理对生淀粉酶和酵母菌同步糖化发酵产乙醇的影响不大;100kGy剂量辐照处理对发酵有一定的促进效果;200kGy、400kGy剂量辐照处理的促进效果最显着,发酵液最终的乙醇浓度均达到11%。7、50kGy、100kGy剂量辐照处理对商品糖化酶和酵母菌同步糖化发酵产乙醇的影响不大;200kGy剂量辐照处理对发酵有一定的促进效果,但不是很显着;400kGy剂量辐照处理的促进效果最强烈,发酵液最终的乙醇浓度可达10.1%。采用单因素试验、Plackett-Burman试验、最陡爬坡试验和响应面分析相结合的试验方法对经400kGy剂量辐照处理后的马铃薯生料商品酶和酵母菌同步糖化发酵产乙醇的工艺条件进行了优化,优化条件下发酵液的乙醇浓度可达12.4%,较优化前提高了22.8%。通过条件优化研究,将马铃薯生料发酵生产乙醇的最佳条件确定为:温度35.27℃、料水比1:2.07、pH4.0、装瓶量125ml、(NH_4)_2SO_4 0.2%、接种量2.5×10~7个/ml、糖化酶200U/g、淀粉酶15U/g、纤维素酶10U/g、发酵周期48h。
阮奇城[3]2011年在《红麻骨纤维质转化燃料乙醇的关键技术研究》文中认为利用地球上储量最大的可再生的植物纤维质转化制备燃料乙醇可减少温室效应、缓解能源紧张、提高环境质量、促进经济和社会的可持续发展。红麻是一种传统的速生高产的纤维作物,每公顷生物质产量可达30 t,是树木的3～4倍,对CO2的同化能力是树木的4～5倍,已被美日等发达国家认定是最适于替代木材的优质造纸植物。红麻耐旱、耐盐碱,沿海盐碱地、内陆山地旱地等均可种植,其生产不与粮争地,并可改良土壤质量,从而充分利用全国各地的边际性土地,提高土地利用率。其秸秆纤维质含有丰富的纤维素和半纤维素,用于转化燃料乙醇,具有重大的社会及经济意义。制约红麻纤维质乙醇发展的瓶颈主要是预处理技术、纤维素酶成本及木糖发酵技术。鉴此,本研究拟从高效预处理、红麻纤维素降解菌及木糖发酵菌的筛选和选育入手,以红麻秸秆纤维质为原料,研发红麻纤维质燃料乙醇的生产工艺。主要研究结果如下:1.测定了红麻秸秆纤维质的有机成分含量,其中含纤维素42.31 %、半纤维素22.58 %、木质素23.79 %。采用热水和3 %硫酸、1.5 %烧碱溶液对红麻秸秆进行预处理(121℃, 60 min),通过纤维素酶催化水解,红麻秸秆的平均纤维素转化率分别达到12.23 %、25.62 %和85.34 %,说明碱性预处理比较适合于红麻秸秆。以碱处理红麻秸秆为底物的同步糖化发酵实验表明,当发酵168 h后,乙醇浓度达到26.06 g·L~(-1),乙醇产率达到理论产率的76.71 %。2.为研究微生物法预处理对红麻纤维质转化燃料乙醇效率的影响,采用白腐真菌Pleurotus sajor-caju在红麻秸秆培养基上固态培养的方法对红麻纤维质进行预处理,研究微生物法预处理的红麻纤维质中木质素的降解及后续的红麻纤维质酶促糖化和发酵。经P. sajor-caju培养25~35 d后,可有效去除红麻纤维质中的木质素,去除率最高可达50.20 %,并提高红麻纤维素的酶促水解(糖化率达69.33~78.64 %),但采用P. sajor-caju培养物的粗酶提取液不能有效预处理红麻秸秆。以微生物法预处理的红麻秸秆样品为底物的同步糖化发酵实验表明,发酵72 h,发酵液中乙醇浓度达到18.35~18.90 g·L~(-1),最高乙醇产率达到理论产率的68.31 %。3.筛选到一株红麻纤维质高效降解菌Trichoderma sp. HC-35,经诱变后,选育得到突变株Trichoderma sp. MHC-18,该菌株在适宜条件下固态发酵,得到的纤维素酶的FPA达29 U·mL~(-1),CMCase活性最高可达260 U·mL~(-1),较之出发菌株提高近1倍。连续5代发酵产酶,其纤维素酶活性相对比较稳定,说明该菌株具有较好的遗传稳定性。4.通过对培养基成分和发酵条件的单因子分析,初步配成MHC-18的固态发酵产酶培养基:将红麻秸秆与麸皮的混合物(7∶3,w/w)以(NH_4)_2SO_4和MgSO_4的混合溶液((NH_4)_2SO_4为25 g·L~(-1),MgSO_4为0.5 g·L~(-1),用HCl溶液将pH调至5.0~6.0)调整湿度至60%~75%。接种适量孢子,在25~30℃培养5~7 d,CMCase和FPA可达最高值,其置信度95%的置信区间分别为239.67~279.31 U·mL~(-1)和24.33~39.29 U·mL~(-1)。MHC-18纤维素酶的适宜反应温度为45℃~60℃,最适温度为50℃,适宜pH为4.5~6.0,最适pH为5.0。但以溶液形式贮存时,稳定性较差,4℃低温条件下可保存72 h。而且,该菌株的纤维素酶系不完整,β-glucosidase活性较低。5.由于A. niger纤维素酶的β-glucosidase活性较高,酶解反应条件与MHC-18纤维素酶基本一致,可将MHC-18与A. niger两种菌株应用于固态混菌发酵。先接种MHC-18,后接入A. niger,二者接种间隔时间为24 h,在28℃下培养,总发酵时间为120 h,此时纤维素酶各组分均能达到较高的活性。6.利用红麻纤维质为主要碳源,通过正交实验,得到了MHC-18与A. niger固态混菌发酵产纤维素酶的优化培养基:红麻秸秆与麸皮的质量比为7∶3,混合溶液中(NH_4)_2SO_4浓度为25 g·L~(-1)、MgSO_4浓度为3.5 g·L~(-1)、KH_2PO_4浓度为7 g·L~(-1),调整培养基湿度为60%~75%,起始pH5.0~6.0。在该优化培养基发酵5 d,FPA、CMCase和β-glucosidase活性分别达到35.72~46.44 U·mL~(-1)、320.22~384.67 U·mL~(-1)、197.44~229.86 U·mL~(-1)(置信度为95%)。7.筛选到1株可利用木糖发酵产乙醇的酵母菌RX-8,该菌的木糖发酵为微好氧发酵。发酵培养基中木糖为50 g·L~(-1),蛋白胨为5 g·L~(-1),酵母粉为3 g·L~(-1),接种量为10%,28℃以120 r/min摇瓶发酵3 d,发酵液中乙醇浓度可以达到10.46~11.70μL·mL~(-1)(置信度95%),乙醇产率达到理论产率的33.37%。8.木糖发酵菌RX-8以葡萄糖为碳源发酵产乙醇时,发酵培养基中葡萄糖为120 g·L~(-1),蛋白胨为5 g·L~(-1),酵母粉为3 g·L~(-1),接种量为10%,28℃以120 r/min摇瓶发酵3 d,发酵液中乙醇浓度可达55.68μL·mL~(-1),乙醇产率达71.67%,表现出较高的葡萄糖发酵性能及糖耐受力。预示RX-8具有同时发酵葡萄糖和木糖的能力,有应用于纤维质乙醇的潜在工业价值。
朱作华[4]2007年在《芭蕉芋燃料乙醇固态发酵工艺技术研究》文中指出“十一五”期间我国将重点推进不与粮争水争地，不与人争粮的非粮作物原料进行燃料乙醇生产，走自主创新、节能降耗，清洁生产的技术路线。本文对芭蕉芋原料燃料乙醇清洁生产工艺进行研究，并对其经济可行性进行分析。浓醪发酵最佳工艺：料水比1：2.2，液化温度85-90℃，液化酶用量5u／g原料，液化时间45min，糖化酶用量150u／g原料，糖化时间23.2min，发酵pH5.5，尿素添加量0.1％，发酵温度27.9℃，ADY添加量0.15％，发酵周期48h，辅料用量1％。此工艺小试试验，结果原料出酒率为31.4％(95vol．％，w／w)，淀粉利用率达到85.0％。固态发酵研究表明，最佳辅料配比为30％的玉米芯(ZY)和20％的粗糠(XY)，采用此配比，通过添加10U／g的淀粉酶和160U／g的糖化酶，进行固态蒸煮，固态糖化同时发酵，乙醇浓度为10.1％(v／v)，产率达到29.4％，淀粉利用率达到86％。经济分析表明，在目前芭蕉芋市场价下，芭蕉芋固态发酵燃料乙醇生产是经济可行的。固态发酵每升乙醇加工成本1.0926元(0.1366美元)，净原料成本每升1.0048元，总成本每升2.0974元(0.2622美元)，以年产10万吨燃料乙醇计算，企业年利润超过40000万元，创造数千个就业岗位，使当地农民获得芭蕉芋原料收入34000万元，秸秆收入600万元，年总收入34600万元，农民每亩实现收入760元(11500元／ha)。因此，从技术和经济的角度考虑，发展芭蕉芋燃料乙醇都是可行的，芭蕉芋燃料乙醇产业化，能增加农民收入，带动相关产业发展，促进地方经济增长。
葳力斯[5]2009年在《甜高粱固体发酵生产燃料乙醇工艺的研究》文中研究指明在全球环境日益恶化和能源危机严峻的今天,燃料乙醇作为一种可利用的绿色能源,正逐渐成为世界能源发展的战略方向。在我国,随着乙醇汽油在我国的逐步推广,对燃料乙醇的需求量迅速增加。传统方法采用以玉米、小麦等粮食原料的固体发酵方法对粮食的需求量很大,己不能满足市场的需要。为了做到“不与粮争地”,大力提倡用非粮原料——甜高粱秸秆生产燃料乙醇,开辟一条生产清洁能源的新路。采用甜高粱秸秆为原料发酵法生产酒精与淀粉类原料比较具有节约能源、生产成本低、无污染等优点。所以,采用甜高粱汁发酵法生产酒精具有广阔的市场潜力和经济价值。本试验采用本实验室保藏的AQ-1酵母菌,对以甜高粱秸秆为原料固体发酵生产燃料乙醇的工艺进行了以下研究:(1)通过单因素试验,初步探索了适宜甜高粱秸秆固体发酵的几个影响因素的最佳范围,温度为30℃、pH值4～5、接种量为3%、发酵时间为4天。再通过叁因素四水平的正交优化试验确定固体发酵时的最佳发酵条件为:温度30℃、发酵时间4天、接种量3%。根据正交试验的结果在实验室进行小试实验,以甜高粱秸秆为原料,接入3%的酵母菌QA-1,调pH值到4～5之间,环境温度为30℃,发酵时间为四天进行小试发酵。(2)甜高粱秸秆的中试发酵试验,确定发酵工艺中各个步骤对发酵结果的影响。首先,对叁种菌种活化工艺的比较得出各活化工艺的优缺点、适宜的生产方式等,然后对发酵中几个重要的步骤进行研究得出,蒸料可提高总糖转化率16%、酒精产量提高13.7%;排气可提高总糖转化率8.4%、酒精产量提高8.1%;发酵时间与温度的关系问题;蒸酒过程中酒精的变化情况。最后,对发酵后酒糟成分进行分析。(3)对建立年产5万吨酒精生产基地的可行性分析。主要通过以下几个方面:发酵工厂厂址选择、发酵工厂基本投资、预算产出效益等方面。
吉海瑞[6]2011年在《利用甜高粱茎杆固定化酵母生产燃料乙醇》文中进行了进一步梳理由于石油危机和气候环境的变化,寻找一种可以替代石油的液体燃料至关重要。其中燃料乙醇无疑是石油替代品中最佳选择之一。目前世界上主要利用玉米小麦甘蔗等作为原料生产燃料乙醇,由于世界粮食危机而结合中国地势国情,必须要寻求一种非粮食基原料来生产乙醇,甜高粱受到了越来多的重视。本文主要尝试了利用甜高粱茎秆通过固定化细胞技术连续发酵生产燃料乙醇及其工艺放大。本文利用甜高粱茎秆作为固定化的载体,实现酵母细胞的固定化,用于高浓度乙醇发酵。实验研究了不同预处理方法对载体固定化细胞的能力,以及对乙醇发酵动力学的影响。本文中未灭菌的新鲜甜高粱茎秆最大的固定化生物量为0.489g细胞干重(DCW)/g干载体(DBW)。经过高温灭菌的载体的固定化细胞能力明显下降,当温度从100℃升高至121℃时,固定化生物量从0.12g(DCW)/g(DBW)降低至0.07g(DCW)/g(DBW);经过纤维素酶(60U/g载体)处理3天后的茎秆,比表面积增大,酵母细胞固定化能力大大提高,此时的固定化生物量高达0.68g(DCW)/g(DBW)。以纤维素酶处理过的甜高粱茎秆为载体固定酵母细胞,与未经处理的甜高粱茎秆为载体固定酵母细胞进行比较,考查了两个体系在高糖浓度反复分批发酵的能力。结果显示,当乙醇浓度都达到130g·L-1时,前者发酵周期比后者缩短了15h；以纤维素酶处理过的甜高粱茎秆为载体固定酵母细胞体系可以稳定运行25批次,使用周期达两个月以上,且平均乙醇含量维持在132 g·L-1。纤维素酶预处理不仅提高了载体的比表面积,提高了固定化细胞的能力；而且纤维素酶可以部分降解载体表面,从而形成很多微小的孔隙,提高了乙醇发酵过程中固定化细胞体系的传质效率,从而大大提高了乙醇发酵速率。利用未经处理的甜高粱茎秆填充固定化反应器分别进行反复分批发酵和无极连续发酵,填充密度约为50%。其中在反复分批发酵过程中,每一批次前期游离细胞迅速增殖,最大浓度可达2.4×108/ml,随着乙醇浓度逐渐增加和糖浓度的逐渐减少游离细胞逐渐减少,固定化生物量像游离细胞一样也会有一个波动,但总体是逐渐增加的趋势,平均的固定化细胞浓度为0.22 g (DCW/DBW),从而使体系中的酵母细胞不断更新保持体系活力。且整个过程中乙醇的浓度平均在130.1 g·L-1以上,残糖浓度也在5 g.L-1以下,使用周期可达一个月以上。在五级连续发酵过程中,每一级游离细胞浓度逐渐趋于一致,固定化细胞浓度整体也呈现增加的趋势,但由于受到高浓度乙醇的影响,后两级固定化死细胞浓度明显低于前叁级,固定化细胞活率从第15天70%和60%再次逐渐降低,在发酵26天后第五级与第四级活细胞的比率降到22%和38%,出芽率和乙醇脱氢酶的活性也在降低,在15天之内残糖浓度总可以维持在5 g.L-1,在21天后乙醇浓度逐渐降低从126g.L-1降低至26天的113g.L-1残糖浓度也从8.9g.L-1上升到18.9 g.L-’,但发酵后平均乙醇浓度都在130g/L以上,使用周期可达26天,也表明多级连续高浓度乙醇发酵可以成功的实现。对于多级连续发酵工艺准备了两套工艺路线,以一年生产1000吨乙醇为标准,通过中试结果及经济可行性评价结果表明,利用新鲜甜高粱茎秆汁直接发酵,发酵速度快,生产吨乙醇成本更低,在工艺的选择上更具有可行性。
刘梅[7]2007年在《康氏木霉与酿酒酵母混菌发酵玉米秸秆产乙醇的研究》文中研究说明由于能源、环境的潜在危机,燃料乙醇已经成为世界各国重点研究和推广的能源课题之一,在我国以乙醇代替汽油或部分代替汽油驱动机动车辆,农用机械也势在必行。利用丰富、价廉的玉米秸秆为原料,摸索了里氏木霉LM36适宜的产酶条件,研究了秸杆粉和麦麸用量、料水比、起始pH值、发酵温度和发酵时间对该菌株产纤维素酶活力的影响。试验结果表明,里氏木霉LM36的适宜发酵条件为:在秸秆:麦麸=70:10,料水比为1:1的前提条件下,通过单因素实验分析,在培养温度28℃,发酵周期为7d,起始pH=6.0时产酶活力最高。在适宜培养条件下,发酵液中滤纸酶活为92.2U/ml,梭甲基纤维素酶活为112.3U/ml。对在固态淀粉质材料中发酵乙醇的酵母进行了研究并选育了适合固态基质发酵条件的耐酸、耐高温酵母SC15。该酵母的主要性能特征为:最适pH3.8,最大乙醇发酵能力158.6g/L,最适发酵温度30℃。在玉米秸秆生产酒精的工艺研究方面确定了玉米秸秆的预处理条件和同时糖化发酵工艺条件。取培养适当的酒醅50g,加100m1蒸馏水,30℃浸提1h,其间摇晃几次,中速定性滤纸过滤,滤液即为用于测定酒醅中的还原糖和纤维素酶活性。称取培养好的固体曲100g,加蒸馏水200m1,蒸馏出100ml酒样,用酒精比重计测其酒精度。结果表明在康氏木霉LM36和酿酒酵母菌SC15混菌发酵玉米秸秆形成的酒醅中,可以得到最终的产品――乙醇。
陈飞[8]2009年在《青霉产纤维素酶条件的优化及膜耦联的水解发酵循环系统的研究》文中进行了进一步梳理利用木质纤维素发酵产乙醇是当今新能源开发研究的热点。由于地球上不可再生能源的迅速消耗，利用丰富而廉价的木质纤维素资源生产燃料乙醇，对我国经济和社会的可持续发展具有十分重大的意义。本课题对一株土壤中筛选得到的产纤维素酶的青霉FZU-401的产酶条件进行了优化来实现纤维素酶的生产，并在对该酶的基本性质进行初步研究的基础上，考察了不同条件对纤维素酶解过程的影响。并以滤纸作为乙醇发酵的底物，对一种新型的膜耦联的水解发酵循环系统进行了研究。本文的主要结论有：1．青霉FZU-401发酵产纤维素酶的最佳碳源为5%的稻草，氮源为0.8%按3︰4比例混合的氯化铵︰尿素，最适pH为5.4，接种量为2%，接种菌龄为50~60h。添加0.2%的PEG-20000，发酵4~6d后产酶达到最高峰。优化后的培养基比初始培养基的酶活力提高了5倍左右。2．在对纤维素酶降解纤维素效率的影响因素的研究中发现，当滤纸浓度为7.5%时，采用40FPU/g滤纸的酶用量，pH为5.0的条件下酶解32h后还原糖浓度达到23.94g/L。加入非离子型表面活性剂可明显提高酶解效率，其中以聚乙二醇20000的效果最为显着，比对照提高14.74%。3.构建了一种新型膜耦联的水解发酵循环系统（MCCHF），使酶水解和乙醇发酵都能够在最佳的温度条件下进行。初步试验表明，当底物浓度为3%，酶用量40FPU/g滤纸，酵母的接种量为5%，膜通量为25mL/min，发酵48h后乙醇浓度为4.04g/L，乙醇的转化率为0.135g乙醇/g滤纸。分别从不同侧面（纤维素效率、酶效率和细胞效率）对该系统与分步糖化发酵（SHF）和同步糖化发酵（SSF）系统进行了比较，发现MCCHF具备应用于纤维素乙醇发酵的潜力。
石召弟[9]2017年在《利用甜高粱秸秆固态发酵糟生产饲料的研究》文中提出随着科技的不断发展,可再生燃料的需求量越来越大。近年来我国工业乙醇生产规模较大,年产乙醇能力已达到500×104t。可直接发酵生产乙醇的原料作物有甘蔗、甜菜及甜高粱等。其中甜高粱具有抗旱、耐盐碱、产量高、糖含量高等特点,非常适合内蒙古地区的土壤及气候。目前,利用甜高粱秸秆生料固态发酵虽然成本低、不易染菌、无大量废水等优点,但依然存在诸多问题。如甜高粱成熟期集中、收割期短、茎秆易变质酸败,且大量集中生产的副产物发酵糟未能得到合理利用,大多腐败发霉造成资源浪费。针对甜高粱固态发酵生产乙醇存在的问题,本研究选用新鲜甜高梁秸秆和经固态发酵后甜高梁秸秆(即酒糟)为材料,设置不同配比梯度,添加菌剂,研究添加菌剂对甜高梁秸秆与酒糟不同配比发酵品质的影响。进一步筛选适合甜高粱固态发酵废糟微贮菌株,为开发甜高粱微贮菌剂奠定基础。结果表明,甜高梁秸秆与酒糟最佳配比为1/10,该配比能提高微贮饲料的营养价值及品质。与对照组相比,可溶性糖提高0.14%、粗蛋白提高0.5%、粗纤维降低11.97%、乳酸提高0.12%、乙酸降低 0.48%。以自然发酵农作物秸秆(甜高粱、玉米、藜麦和苜蓿)为样品,通过筛选得到102株产酸菌株,其中51株鉴定为乳酸菌属。经菌株理化性质分析后,最终确定8株优势菌株,分别为 FJL3(Lactobacillus paracasei)、FJL4(Lactobacillus plantarum)、FJL11(Leuconostoc mesenteroides)、FJL13(Lacrobacillus paracase/)、FJL16((Pediococcuspentosaceus)、FJL19(Pediococcuspentosaceus)’JL20(Lactobacillus sp)、FJL21(Lactobacillus plantarum)。在此基础上,研究了添加市售菌剂与所筛菌株对甜高梁秸秆与酒糟混合(1/10)发酵品质的影响。结果表明,与市售菌剂相比,添加FJL21能够显着提高饲料品质。其中,乳酸含量提高1.38%、粗蛋白提高0.16%、可溶性糖提高0.04%、NH3-N降低11.25%,且能够显着提高微贮饲料的有氧稳定性。进一步经微贮饲料品质标准手册评价得出,加入FJL21菌株的甜高粱固态发酵废糟微贮饲料综合得分为89,为优质饲料。本研究通过配比实验确定了甜高粱固态发酵废糟微贮饲料的最佳配比,并在此基础上筛选出适合该配比的添加菌株,为进一步完善甜高粱乙醇固态发酵工艺,实现废弃物资源化利用奠定了基础。
郑春明[10]2009年在《多孔无机/聚合物复合材料的制备，表征及在制糖工业的中试应用》文中指出随着当今表面科学与复合材料研究的深入,多孔无机/聚合物复合材料由于其独特的性能越来越引起学界的关注,它部分克服了单一材料和传统复合材料性能上的缺陷,使材料既具有无机材料的优点(如刚性和高热稳定性等),又具有聚合物材料的优点(如弹性、介电性、延展性和可加工性等),特别是多孔无机物在聚合物基体中均匀分布,材料表面易于功能化、无机材料孔径可控、无机-有机组成调节范围大等特性,赋予了这类复合材料在生物学、环境和化工等方面的附加性能。本文以硫酸铝、多孔硅胶、水玻璃为前驱体制备无机多孔材料,在无机物制备过程中加入海藻酸钠、壳聚糖等有机物,采用直接混合、无机粒子表面改性、原位生成法制备了多种多孔无机/聚合物复合材料,并用于酵母固定化生物催化生产燃料乙醇和脱色净化生产高品质白砂糖产业生产过程。主要开展了以下几个方面的研究工作:(1)以硫酸铝为拟薄水铝石前驱体,通过原位生成过程制备拟薄水铝石/海藻酸复合材料。详细研究了复合材料孔道,表面结构和机械性能,并采用吸附与包埋耦合方法在复合材料制备过程中加入酵母细胞,制备拟薄水铝石/海藻酸复合固定化酵母,研究了以甘蔗废糖蜜生产燃料乙醇的酵母固定化发酵性能。通过复合材料固定化酵母增殖机理及SEM、TEM等表征发现固定化酵母细胞密度高,达4.1×10~9 mL~(-1),甘蔗废糖蜜批式发酵初始糖浓度165 g·L~(-1),14 h内乙醇浓度可达77.4 g·L~(-1),总糖利用率90.5%,糖醇转化率98.3%,显示了良好的发酵性能。(2)采用无机颗粒表面接枝改性的方法制备表面带有伯氨基反应性功能团的HY、MCM-41等多种分子筛与有机物包埋相结合,借助吸附和包埋耦合方法固定化酵母,制备了多种改性分子筛/海藻酸复合材料。发现介孔MCM-41分子筛对海藻酸改性复合材料(H_2NMCM-41/ALG)在上述分子筛复合材料中具有最高的酵母包埋活性,研究了H_2NMCM-41/ALG复合固定化酵母以甘蔗废糖蜜生产燃料乙醇的发酵性能及复合材料固定化酵母增殖机理,固定化酵母浓度达4.8×10~9 mL~(-1),甘蔗废糖蜜批式发酵初始糖浓度170 g·L~(-1),12 h内乙醇浓度可达78.6 g·L~(-1),总糖利用率89.2%,糖醇转化率96.3%,乙醇发酵过程彻底、速率快、残糖水平低,原料利用率和发酵醪乙醇浓度均超过传统工艺。3)在得出拟薄水铝石/海藻酸复合材料具有较好的酵母固定化性能和发酵性能以后,本文使用吸附-包埋耦合的方法以拟薄水铝石/海藻酸复合材料对酿酒酵母进行固定化,并进行了30 L×2和10 M~3×2两种规模的中试连续发酵试验,系统研究了稀释率、温度、pH、填充率、初始糖浓度对拟薄水铝石/海藻酸复合固定化酵母发酵性能的影响。结果表明,甘蔗废糖蜜连续发酵初始糖浓度169g·L~(-1),填充率15%条件下,9.2 h内乙醇浓度可达76.1 g·L~(-1),总糖利用率87.2%,糖醇转化率96.3%。燃料乙醇发酵工艺与传统工艺相比,单位生产成本降低4.85%,同等规模发酵速率提高4.96倍,发酵周期缩短78.1%,设备容积减少76.2%,投资总额减少70.4%。工艺流程短,降低了原料生产成本,适合于糖业界快速改造大规模生产乙醇,可达到投资省,产率高,性能稳定的目的。(4)针对于现今白砂糖生产二氧化硫残留量高,生产产品品质波动大的特点,本文以多孔硅胶、水玻璃为硅源前驱体,通过直接混合,无机粒子表面改性和原位生成法制备了多种二氧化硅/壳聚糖复合材料用于赤砂糖回溶糖浆脱色净化实验。发现原位二氧化硅/壳聚糖复合材料具有最佳的脱色净化性能,在脱色温度75℃,体积空速3.0 h~(-1),赤砂糖回溶糖汁浓度30°Bx条件下,脱色率94.2%,简纯度差11.20,脱色容积可达35 BV。通过SEM、TEM等表征发现材料有机-无机相结合紧密,并在吸附有色分子、对压榨蔗汁脱色方面具有优异的性能。(5)选取原位生成二氧化硅/壳聚糖复合材料,详细研究了复合材料对甘蔗压榨糖汁和糖浆脱色净化原料、色值,空速等影响条件和寿命、重复再生性能等。与制糖企业合作,进行了12 L规模小试试验,其中以混合汁生产的白砂糖在原料及生产正常情况下可不使用二氧化硫,以澄清汁生产的白砂糖除SO_2含量为优级外,其余指标已达到国家GB317-2006精糖标准。改变了壳聚糖单独使用价格高,生成凝聚物分离困难,恰当的壳聚糖投入量不易掌握的缺点,解决了传统亚硫酸法蔗糖二氧化硫残留含量高,食品安全性低的问题,减少环境污染,吨糖成本预计仅为22.2元。操作工艺和成本分析表明,原位生成二氧化硅/壳聚糖对甘蔗压榨糖汁和糖浆脱色净化生产高品质白砂糖是经济可行的。文通过调节多孔无机/聚合物复合材料无机-有机组成范围及工艺过程的研究,采用耦合固定化、原位生成等方法设计固定化酵母多孔无机/聚合物复合材料和脱色净化多孔无机/聚合物复合材料。并以此为基础,开展以甘蔗废糖蜜和甘蔗压榨糖汁和糖浆为原料的中试试验。利用中试结果进行技术经济成本研究,进一步分析制糖企业提高生产效率,降低成本的关键工艺和生产环节,为制糖企业生产可再生能源和提高食品生产质量,降低最终产品制造成本,优化燃料乙醇及高品质白砂糖生产工艺提供理论依据,为实现糖业中燃料乙醇及高品质白砂糖的绿色高效生产新工艺提供技术支持。
参考文献：
[1]. 燃料乙醇固态发酵生产工艺的研究[D]. 王瑞明. 天津科技大学. 2002
[2]. 马铃薯生料糖化发酵转化乙醇的研究[D]. 苏小军. 湖南农业大学. 2009
[3]. 红麻骨纤维质转化燃料乙醇的关键技术研究[D]. 阮奇城. 福建农林大学. 2011
[4]. 芭蕉芋燃料乙醇固态发酵工艺技术研究[D]. 朱作华. 贵州大学. 2007
[5]. 甜高粱固体发酵生产燃料乙醇工艺的研究[D]. 葳力斯. 内蒙古农业大学. 2009
[6]. 利用甜高粱茎杆固定化酵母生产燃料乙醇[D]. 吉海瑞. 北京化工大学. 2011
[7]. 康氏木霉与酿酒酵母混菌发酵玉米秸秆产乙醇的研究[D]. 刘梅. 吉林大学. 2007
[8]. 青霉产纤维素酶条件的优化及膜耦联的水解发酵循环系统的研究[D]. 陈飞. 福州大学. 2009
[9]. 利用甜高粱秸秆固态发酵糟生产饲料的研究[D]. 石召弟. 内蒙古农业大学. 2017
[10]. 多孔无机/聚合物复合材料的制备，表征及在制糖工业的中试应用[D]. 郑春明. 南开大学. 2009