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秸秆原料发酵乙醇新技术的研究

作　者: 李辉
导　师: 李敬龙
学　校: 齐鲁工业大学
专　业: 轻工技术与工程
关键词: 秸秆纤维乙醇异步发酵戊糖己糖
分类号: TQ223.122
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

利用木材、农作物等的废弃物作为原料生产纤维乙醇，不仅解决了废弃物难利用问题，而且缓和了石油危机，为社会的发展提供了一条可持续发展的道路。农业维持着我国经济的生存，玉米的种植占有较大的比重。玉米秸秆的焚烧不仅使其得不到合理的利用，而且污染环境，加剧了全球的温室效应。玉米秸秆中含有50%以上的半纤维素和纤维素，使得其成为得糖率高的一种生产纤维乙醇的原料。本研究以玉米秸秆为研究对象，通过初步的爆破后进行低酸预处理，使原料的结构受到破坏和水解，得到木糖含量较高的水解液，采用单因素和正交实验的方法对影响低酸水解木质原料的四个因素进行了研究，得出低酸水解木质原料的最优工艺参数为：爆破处理参数：压强3Mpa，时间4min。水解参数：固体含量12%，稀酸浓度1.4%，反应温度125℃，反应时间80min。在此反应条件下木糖含量达到20.3g/L。在此基础上通过对水解液浓缩脱毒并进行高浓度戊糖发酵，采用单因素和正交实验的方法对影响浓缩液发酵的四个因素进行研究，得出浓缩液发酵乙醇的最优工艺参数为：木糖浓度60g/L,转速为220r/min，温度为30℃，初始pH值为4.5，Candida shehaatae接种量为10%，并加入3%已发酵10h的发酵液，发酵时间为56h。在此反应条件下乙醇浓度达到22.1g/L。低酸处理原料后的残渣中纤维素含量增加，利用残渣进行液态发酵产酶，采用单因素和正交实验的方法对影响液态产酶的四个因素进行研究，得到最优的产酶工艺参数为：Trichodermareesei和Aspergillus niger孢子悬浮液以5：1的比例加入到产酶培养基中，Aspergillus niger孢子悬浮液在Trichodermareesei接种1d后接入。温度为32℃，接种量为7%，pH值为5.5，时间为7d，每隔2d补料秸秆3%，豆饼粉1.5%，在此反应条件下FPA达到3.4IU/mL。通过液态酶和酵母异步酶解发酵己糖，采用单因素和正交实验的方法对影响己糖发酵乙醇的四个因素进行研究，得出乙醇生产的最优工艺参数：纤维素酶液浓缩10倍，固体含量为7%，酶液加入1%(v/v)，保持温度50℃，调整pH5.0，在此条件下糖化1d，然后调整温度为38℃，接种量为10%，pH值为5，时间为4d。在此反应条件下乙醇浓度达到18.0g/L。

全文目录

目录  5-10
摘要  10-11
ABSTRACT  11-13
第1章绪论  13-29
  1.1 纤维乙醇的发展意义  13-14
  1.2 木质纤维素的概述  14-15
  1.3 纤维素预处理的意义  15-21
    1.3.1 物理法预处理工艺  15-16
    1.3.2 化学法预处理工艺  16-18
      1.3.2.1 酸处理工艺  16-17
      1.3.2.2 有机溶剂工艺  17
      1.3.2.3 碱处理工艺  17
      1.3.2.4 氧化工艺  17-18
      1.3.2.5 离子液体抽提工艺  18
      1.3.2.6 湿氧工艺  18
    1.3.3 物理-化学法  18-20
      1.3.3.1 爆破处理工艺  18-19
      1.3.3.2 高温水预处理工艺  19-20
    1.3.4 分步组合预处理工艺  20
    1.3.5 超临界萃取处理工艺  20-21
    1.3.6 微生物预处理工艺  21
  1.4 发酵抑制物  21-22
    1.4.1 发酵抑制物的种类  21
    1.4.2 发酵抑制物的去除  21-22
      1.4.2.1 物理法  21-22
      1.4.2.2 化学法  22
      1.4.2.3 生物法  22
      1.4.2.4 综合方法  22
  1.5 纤维素酶  22-23
  1.6 纤维乙醇发酵工艺  23-25
    1.6.1 分步水解发酵法  23-24
    1.6.2 同步水解发酵法  24
    1.6.3 细胞固定化发酵法  24-25
  1.7 纤维乙醇发酵菌种  25-26
    1.7.1 己糖发酵菌种  25
    1.7.2 戊糖发酵菌种  25-26
  1.8 酶解发酵影响因素  26-28
    1.8.1 酶解影响因素  26
      1.8.1.1 原料  26
      1.8.1.2 酶解环境  26
      1.8.1.3 抑制和激活作用  26
    1.8.2 发酵的影响因素  26-28
      1.8.2.1 培养基成分  26-27
      1.8.2.2 温度  27
      1.8.2.3 溶氧量  27
      1.8.2.4 pH 值  27
      1.8.2.5 其他因素  27-28
  1.9 本实验的研究目的和发展意义  28
  1.10 研究的主要内容  28-29
第2章爆破联合低酸水解技术  29-37
  2.0 引言  29
  2.1 实验材料  29
  2.2 实验器材  29-30
  2.3 测定方法  30-31
    2.3.1 秸秆成分测定  30
    2.3.2 DNS 法测定木糖含量  30-31
    2.3.3 pH 值的测定  31
  2.4 实验方法  31
  2.5 结果与分析  31-35
    2.5.1 玉米秸秆成分分析  31-32
    2.5.2 固体含量对原料水解的影响  32
    2.5.3 稀酸浓度对原料水解的影响  32-33
    2.5.4 温度对原料水解的影响  33-34
    2.5.5 反应时间对原料水解的影响  34
    2.5.6 低酸水解原料条件优化  34-35
  2.6 结论  35-37
第3章发酵高浓度戊糖  37-45
  3.1 引言  37
  3.2 实验材料  37
  3.3 实验仪器  37-38
  3.4 乙醇浓度与 pH 值的测定  38-39
    3.4.1 试剂配制  38
    3.4.2 乙醇浓度的测定  38
    3.4.3 乙醇浓度的计算  38
    3.4.4 pH 值的测定  38-39
  3.5 培养基  39
  3.6 发酵工艺  39
    3.6.1 水解液浓缩  39
    3.6.2 酵母的活化  39
    3.6.3 种子培养  39
    3.6.4 增殖培养  39
    3.6.5 浓缩液发酵生产乙醇  39
  3.7 结果与分析  39-43
    3.7.1 温度对浓缩液发酵乙醇的的影响  39-40
    3.7.2 pH 值对木糖浓缩液发酵的影响  40-41
    3.7.3 接种量对浓缩液发酵的影响  41-42
    3.7.4 发酵时间对浓缩液发酵的影响  42
    3.7.5 浓缩液发酵乙醇条件优化  42-43
  3.8 结论  43-45
第4章双霉发酵生产纤维素酶系  45-53
  4.1 引言  45
  4.2 实验材料  45
  4.3 实验仪器  45-46
  4.4 培养基  46
  4.5 酶活与 pH 值的测定  46-47
    4.5.1 DNS 溶液的配制  46
    4.5.2 葡萄糖标准液的配制  46
    4.5.3 葡萄糖标准曲线的制作  46-47
    4.5.4 滤纸酶活力的测定  47
    4.5.5 β-葡萄糖苷酶酶活的测定  47
    4.5.6 pH 值的测定  47
  4.6 实验方法  47-48
    4.6.1 菌种活化  47
    4.6.2 菌种产酶培养  47-48
  4.7 结果与分析  48-52
    4.7.1 温度对双霉产酶的影响  48
    4.7.2 接种量对双霉产酶的影响  48-49
    4.7.3 pH 值对双霉产酶的影响  49-50
    4.7.4 时间对双霉产酶的影响  50-51
    4.7.5 双霉产酶条件优化  51-52
  4.8 结论  52-53
第5章异步糖化发酵乙醇工艺  53-59
  5.0 引言  53
  5.1 实验材料  53
  5.2 实验仪器  53-54
  5.3 乙醇浓度与 pH 值的测定  54
  5.4 培养基  54
  5.5 实验方法  54
    5.5.1 酵母的活化  54
    5.5.2 种子培养  54
    5.5.3 增殖培养  54
    5.5.2 异步糖化发酵  54
  5.6 结果与分析  54-58
    5.6.1 发酵温度对乙醇浓度的影响  54-55
    5.6.2 酵母接种量对乙醇浓度的影响  55-56
    5.6.3 pH 值对乙醇浓度的影响  56
    5.6.4 发酵时间对乙醇浓度的影响  56-57
    5.6.5 异步糖化发酵条件优化  57-58
  5.7 结论  58-59
第6章结论与展望  59-61
  6.1 结论  59-60
  6.2 研究展望  60-61
参考文献  61-67
致谢  67-69
在学期间主要科研成果  69

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