汽爆玉米秸稈同步糖化發(fā)酵產(chǎn)乙醇的工藝研究

【摘要】： 隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,特別是汽車工業(yè)的發(fā)展,石油供不應(yīng)求,各國(guó)政府開始考慮燃料的自給問(wèn)題,需找新的替代能源已成為社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)。而纖維乙醇作為一種生物質(zhì)能源,具有原料來(lái)源豐富、可再生、減少環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn),已成為石油替代能源的重要選擇之一。近年來(lái),對(duì)纖維乙醇生產(chǎn)的研究已成為生物質(zhì)能源領(lǐng)域中的重要研究課題。 本論文是以汽爆玉米秸稈為原料,主要從木質(zhì)纖維素生產(chǎn)燃料乙醇的研究進(jìn)展、木質(zhì)纖維素的酶解工藝條件優(yōu)化、同步糖化發(fā)酵的工藝條件優(yōu)化、同步糖化發(fā)酵過(guò)程的動(dòng)力學(xué)研究、同步糖化發(fā)酵幾種工藝的比較、以及變溫同步糖化發(fā)酵的放大試驗(yàn)等幾個(gè)方面對(duì)同步糖化發(fā)酵進(jìn)行了考察,結(jié)論如下： (1)介紹了發(fā)展燃料乙醇的必然性和我國(guó)發(fā)展燃料乙醇所處的階段和重要意義；闡述了纖維乙醇的預(yù)處理、糖化和發(fā)酵的幾種方法,并做了簡(jiǎn)要的比較；介紹了纖維素酶的研究進(jìn)展；分析和比較了幾種分離方法；以及推進(jìn)燃料乙醇工業(yè)化的幾個(gè)亟待解決的問(wèn)題和其發(fā)展前景。 (2)采用單因素分析的方法對(duì)影響木質(zhì)纖維素酶解的五個(gè)因素進(jìn)行了研究,得出木質(zhì)纖維素酶解的適宜工藝條件為：溫度50℃,pH 4.8,纖維素酶用量30 U/g,底物濃度15%,Tween20 0.15%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)),酶解時(shí)間為48 h,此條件下纖維素的酶解率為76.96%。 (3)采用單因素分析和正交試驗(yàn)的方法對(duì)影響SSF法生產(chǎn)乙醇的九個(gè)因素進(jìn)行了研究,得到了在溫度37℃,pH 4.8,表面活性劑Tween-20 0.15%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)),底物濃度15%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)),纖維素酶用量30 U/g,2%葡萄糖活化的酵母接種量5‰,優(yōu)化的培養(yǎng)基的組成為：KH2PO4 2.5 g/L, (NH4)2SO4 2.0g/L, MgSO4·7H2O 0.15 g/L, CaCl2 0.35 g/L,發(fā)酵周期60 h的條件下,蒸汽爆破秸稈的乙醇得率可達(dá)到理論轉(zhuǎn)化率的88.12%,表明SSF工工藝具有較好的發(fā)酵水平,這些結(jié)果可以為進(jìn)一步放大研究提供重要的參考價(jià)值。 (4)通過(guò)對(duì)SSF法生產(chǎn)乙醇的動(dòng)力學(xué)的研究,構(gòu)建了SSF法生產(chǎn)乙醇的動(dòng)力學(xué)模型,其模型為：底物消耗模型：菌體生長(zhǎng)模型：產(chǎn)物形成模型：該模型的建立可以加深我們對(duì)SSF法生產(chǎn)乙醇的認(rèn)識(shí),為自動(dòng)化控制提供依據(jù)。 (5)通過(guò)同步糖化發(fā)酵玉米秸稈產(chǎn)乙醇的幾種工藝的比較,得出較優(yōu)的同步糖化發(fā)酵工藝為變溫同步糖化發(fā)酵,其比同步糖化發(fā)酵提高了7.56%,比預(yù)酶解的分批補(bǔ)料糖化發(fā)酵效率提高了12.60%,比分步糖化發(fā)酵的效率提高了23.07%,由此可見(jiàn)變溫對(duì)糖化發(fā)酵的影響是很顯著的。 (6)進(jìn)行了變溫同步糖化發(fā)酵的50 L放大實(shí)驗(yàn),其乙醇濃度為4.26(V/V)是實(shí)驗(yàn)室小試時(shí)乙醇濃度4.98(V/V)的85.60%。 【關(guān)鍵詞】：纖維素 同步糖化發(fā)酵 預(yù)處理 酶解 發(fā)酵 乙醇 纖維素酶 酵母
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號(hào)】：TQ223.122
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 1 文獻(xiàn)綜述12-26
• 1.1 纖維乙醇的發(fā)展背景12-14
• 1.2 木質(zhì)纖維素的預(yù)處理14-18
• 1.2.1 纖維原料的結(jié)構(gòu)14-15
• 1.2.2 纖維素預(yù)處理的目的及方法15-17
• 1.2.3 纖維素酶的研究進(jìn)展17-18
• 1.3 纖維素的糖化和發(fā)酵18-23
• 1.4 乙醇發(fā)酵與產(chǎn)物分離耦合23-24
• 1.5 同步糖化技術(shù)的展望與方向24-25
• 1.6 本實(shí)驗(yàn)研究目的與意義25-26
• 2 纖維素酶解的工藝研究26-39
• 2.1 木質(zhì)纖維素的結(jié)構(gòu)26-28
• 2.2 材料與方法28-32
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)材料28
• 2.2.2 試驗(yàn)方法28-29
• 2.2.3 分析方法29-32
• 2.2.3.1 秸稈成分的測(cè)定29
• 2.2.3.2 還原糖含量的測(cè)定29-31
• 2.2.3.3 纖維素酶活的測(cè)定31-32
• 2.2.3.4 酶解率的計(jì)算32
• 2.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析32-38
• 2.3.1 溫度對(duì)酶解過(guò)程的影響32-33
• 2.3.2 pH值對(duì)酶解過(guò)程的影響33-35
• 2.3.3 纖維素酶的用量對(duì)酶解過(guò)程的影響35-36
• 2.3.4 底物濃度對(duì)酶解過(guò)程的影響36-37
• 2.3.5 酶解時(shí)間對(duì)酶解過(guò)程的影響37-38
• 2.4 結(jié)論38-39
• 3 同步糖化發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的工藝研究39-52
• 3.1 材料與方法40-42
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)材料40
• 3.1.2 試驗(yàn)方法40
• 3.1.3 分析計(jì)算方法40-42
• 3.1.3.1 秸稈成分的測(cè)定41
• 3.1.3.2 乙醇體積分?jǐn)?shù)的測(cè)定41-42
• 3.1.3.3 乙醇轉(zhuǎn)化率的計(jì)算42
• 3.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析42-51
• 3.2.1 溫度對(duì)發(fā)酵的影響42-43
• 3.2.2 pH值對(duì)發(fā)酵的影響43-44
• 3.2.3 底物濃度對(duì)發(fā)酵的影響44-46
• 3.2.4 表面活性劑對(duì)發(fā)酵的影響46
• 3.2.5 纖維素酶用量對(duì)發(fā)酵的影響46-47
• 3.2.6 酵母活化方式對(duì)發(fā)酵的影響47-48
• 3.2.7 酵母接種量對(duì)發(fā)酵的影響48-49
• 3.2.8 培養(yǎng)基組成對(duì)發(fā)酵的影響49-50
• 3.2.9 發(fā)酵時(shí)間對(duì)發(fā)酵的影響50-51
• 3.3 結(jié)論51-52
• 4 同步糖化發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的動(dòng)力學(xué)研究52-65
• 4.1 實(shí)驗(yàn)材料與方法52-55
• 4.1.1 實(shí)驗(yàn)材料52-53
• 4.1.2 分析方法53-55
• 4.1.2.1 纖維素含量測(cè)定53
• 4.1.2.2 還原糖含量測(cè)定53
• 4.1.2.3 乙醇體積分?jǐn)?shù)的測(cè)定53
• 4.1.2.4 酵母質(zhì)量的測(cè)定53-55
• 4.1.3 計(jì)算方法55
• 4.1.3.1 纖維素轉(zhuǎn)化率的計(jì)算55
• 4.1.3.2 酵母質(zhì)量濃度計(jì)算55
• 4.1.4 試驗(yàn)方法55
• 4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析55-58
• 4.2.1 纖維素的轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間的變化關(guān)系56-57
• 4.2.2 酵母的質(zhì)量濃度隨時(shí)間的變化關(guān)系57
• 4.2.3 乙醇的體積分?jǐn)?shù)隨時(shí)間的變化關(guān)系57-58
• 4.3 動(dòng)力學(xué)模型的建立58-61
• 4.3.1 底物消耗模型58-59
• 4.3.2 菌體生長(zhǎng)模型59-60
• 4.3.3 產(chǎn)物形成模型60
• 4.3,4 動(dòng)力學(xué)方程的選取和參數(shù)擬合60-61
• 4.4 動(dòng)力學(xué)模型的驗(yàn)證61-64
• 4.5 結(jié)論64-65
• 5 同步糖化發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的工藝比較及其放大試驗(yàn)65-73
• 5.1 實(shí)驗(yàn)材料與方法66-68
• 5.1.1 實(shí)驗(yàn)材料66
• 5.1.2 分析方法66-67
• 5.1.2.1 纖維素含量測(cè)定66-67
• 5.1.2.2 乙醇體積分?jǐn)?shù)的測(cè)定67
• 5.1.2.3 酵母生長(zhǎng)情況的測(cè)定67
• 5.1.2.4 還原糖濃度的測(cè)定67
• 5.1.3 試驗(yàn)方法67-68
• 5.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析68-69
• 5.3 變溫同步糖化發(fā)酵的放大實(shí)驗(yàn)69-71
• 5.4 結(jié)論71-73
• 6 結(jié)論與展望73-75
• 6.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)論73-74
• 6.2 研究展望74-75
• 參考文獻(xiàn)75-80
• 發(fā)表論文80-81
• 致謝81

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離子交換法脫除磷礦廢水中Mg~(2+)的動(dòng)力學(xué)    文衍宣,王勵(lì)生,金作美,周惠南

利用纖維原料在串聯(lián)式生物反應(yīng)器中協(xié)同酶解發(fā)酵乳酸    沈雪亮,夏黎明

木糖發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的研究    劉健,陳洪章,李佐虎

預(yù)處理玉米秸稈發(fā)酵生產(chǎn)燃料酒精的研究    張繼泉,王瑞明,關(guān)鳳梅,孫玉英

玉米秸稈生物轉(zhuǎn)化制取酒精的中間試驗(yàn)    勇強(qiáng);徐勇;宋向陽(yáng);余世袁;

酒精生產(chǎn)酵母菌株木糖代謝工程及其發(fā)酵工藝的初步研究    鮑曉明;史文龍;王穎;

雜色云芝產(chǎn)木質(zhì)纖維素酶及對(duì)稻草秸稈降解的研究    宋安東;張百良;吳坤;

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生物質(zhì)（秸稈）纖維燃料乙醇生產(chǎn)工藝試驗(yàn)研究    宋安東

產(chǎn)纖維素酶放線菌及其酶學(xué)性質(zhì)和淡水湖底泥微生物區(qū)系研究    佟勇

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中國(guó)科學(xué)院知識(shí)創(chuàng)新工程重大項(xiàng)目“纖維素乙醇的高溫發(fā)酵和生物煉制”專題招標(biāo)    

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利用丙酮丁醇梭菌進(jìn)行木質(zhì)纖維素同步糖化發(fā)酵的研究進(jìn)展    方雪;

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表面活性劑對(duì)麥草同步糖化發(fā)酵轉(zhuǎn)化乙醇的影響    羅鵬;劉忠;

馬鈴薯淀粉同步糖化發(fā)酵制備L-乳酸條件的統(tǒng)計(jì)學(xué)優(yōu)化    趙國(guó)振;熊向峰;陳朝銀;葛鋒;劉迪秋;韓本勇;

蝸牛酶與木霉纖維素酶協(xié)同用于皇竹草酶解及發(fā)酵乙醇的研究    丁文勇;陳洪章;

一步法合成PtSn/CNT催化劑用于煤基乙酸選擇加氫制乙醇的研究    張素斌;段新平;謝兆雄;袁友珠;

苜蓿生產(chǎn)燃料乙醇研究    邢啟明;孫啟忠;高鳳芹;

汽爆秸稈好氧厭氧交替發(fā)酵制氫    陳洪章;王嵐;李冬敏;

纖維素乙醇的研究與開發(fā)    勇強(qiáng);

低溫乙醇溶液脫水制備乙烯技術(shù)    劉建武;張躍;侯廷建;嚴(yán)生虎;

用轉(zhuǎn)基因藍(lán)藻制備燃料乙醇    李小倩;冉凌飛;元英進(jìn);施定基;

乙醇體系中硅膠負(fù)載多乙烯多胺吸附劑對(duì)Hg(Ⅱ)的吸附研究    張盈;曲榮君;孫昌梅;紀(jì)春暖;

含多支狀碳氟鏈多羧基配體的合成及應(yīng)用    劉影;王利民;眭園園;

一例應(yīng)用頭孢哌酮舒巴坦納后飲酒致雙硫侖樣反應(yīng)引發(fā)的思考    王天霞;趙菊英;

開發(fā)纖維乙醇產(chǎn)業(yè) 打造綠色再生新能源    質(zhì)子

禹城循環(huán)經(jīng)濟(jì)再添一“環(huán)”    本報(bào)通訊員 張祖義　李建 楊靜 劉國(guó)磊

木薯燃料乙醇產(chǎn)業(yè)化拉開大幕    記者 孟朝紅　特約記者 李丹

生物過(guò)程工程與發(fā)酵工業(yè)(下)    中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所生化工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 陳洪章 彭小偉

研究顯示轉(zhuǎn)基因樹木好處多    王遜

過(guò)量施氮肥對(duì)多產(chǎn)燃料乙醇不利    記者 辛?xí)?/span>

廣西研究制定新乙醇汽油推廣方案    郭榮村

多重因素致美國(guó)食品價(jià)格上漲    陽(yáng)建　王薇

美國(guó)稱多重因素致食品價(jià)格上漲    王小薇

中興能源開足馬力生產(chǎn)燃料乙醇    通訊員 張慧琴

稻草秸稈同步糖化發(fā)酵制備纖維素乙醇的研究    劉海臣

微生物發(fā)酵制備2，3-丁二醇及其雙水相萃取    孫麗慧

表面活性劑在廢木質(zhì)纖維素制酒精中的應(yīng)用基礎(chǔ)研究    劉佳

餐廚垃圾同步糖化發(fā)酵產(chǎn)乳酸與雙水相分離    葉志隆

木薯乙醇生料濃醪同步糖化發(fā)酵過(guò)程優(yōu)化及其動(dòng)力學(xué)研究    包瑩玲

馬鈴薯生料糖化發(fā)酵轉(zhuǎn)化乙醇的研究    蘇小軍

克魯維酵母同步糖化發(fā)酵菊芋生產(chǎn)乙醇的研究    袁文杰

利用玉米秸稈制取燃料乙醇的關(guān)鍵技術(shù)研究    陳明

斜臥青霉β-葡萄糖苷酶的性質(zhì)和功能研究及基因表達(dá)譜分析    陳梅

纖維素酶高效水解、回收再用與反應(yīng)機(jī)理的研究    張名佳

汽爆玉米秸稈同步糖化發(fā)酵產(chǎn)乙醇的工藝研究    賴智樂(lè)

乙醇同步糖化發(fā)酵動(dòng)力學(xué)模型的研究    關(guān)曉男

玉米秸稈經(jīng)離子液體預(yù)處理同步糖化發(fā)酵制乙醇    夏池

甜高粱桿發(fā)酵殘?jiān)a(chǎn)生物質(zhì)能源的研究    白從廣

微生物發(fā)酵制氫系統(tǒng)的研究    齊亞林

蘆竹原料生產(chǎn)纖維素酶與發(fā)酵產(chǎn)乙醇的工藝研究    王俊麗

發(fā)酵菊芋生產(chǎn)酒精菌種的篩選與發(fā)酵條件優(yōu)化    白玉

纖維素酶的制備及玉米秸稈固態(tài)發(fā)酵酒精的研究    王菁莎

纖維素酶系協(xié)同作用實(shí)驗(yàn)及重組酵母的同步糖化發(fā)酵    張艷

廢報(bào)紙同步糖化發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇    侯金淑