玉米芯半纖維素水解液的制備及利用木糖發(fā)酵產(chǎn)乙醇的研究.pdf

1、乙醇是一種清潔、可再生的液體燃料。乙醇作為汽油的替代品當(dāng)前受到了廣泛關(guān)注。傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)乙醇的方法多是用玉米、小麥等淀粉質(zhì)為原料發(fā)酵，由于糧食安全的限制因素，不具備可持續(xù)發(fā)展性。利用來源豐富的木質(zhì)纖維素為原料生產(chǎn)燃料乙醇成為全球能源開發(fā)的焦點(diǎn)之一。木糖是木質(zhì)纖維素水解物中含量僅次于葡萄糖的一種單糖，利用木糖的乙醇發(fā)酵是木質(zhì)纖維素原料生產(chǎn)乙醇的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文以玉米芯為原料，探討了休哈塔假絲酵母利用該種木質(zhì)纖維素類物質(zhì)進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的可

2、能性，對其水解工藝、脫毒工藝、菌株發(fā)酵工藝進(jìn)行了研究。 ⑴通過水解單因素試驗(yàn)、中心組合設(shè)計(jì)和響應(yīng)面(RSM)分析，確定了玉米芯中半纖維素在固液比1:10時，最佳水解條件為：溫度119.8℃，時間1.5h，硫酸濃度1.16％(v/v)。在此水解條件下，20g自然晾干玉米芯水解可獲得木糖5.93g，玉米芯木糖得率為0.31g/g干重玉米芯。 ⑵應(yīng)用混合脫毒法對玉米芯半纖維素水解液進(jìn)行了脫毒研究。摸索了煮沸、CaO和活性炭在脫

3、毒過程中的作用，研究表明活性炭在脫毒過程中作用顯著。在活性炭濃度加載5％的條件下，GH—15可將糠醛完全除去，乙酸的去除率24.60％，酚類化合物的去除率99.1％，5％ GH—15脫毒效果優(yōu)于5％ GH—13。 ⑶對木糖利用菌株休哈塔假絲酵母HD YXHT-01進(jìn)行了發(fā)酵工藝的優(yōu)化，通過培養(yǎng)基單因素試驗(yàn)和Plackett—Burman試驗(yàn)對各影響因素進(jìn)行分析，篩選出影響顯著因素硫酸銨、酵母粉、磷酸二氫鉀和接種量。采用中心組合設(shè)

4、計(jì)(CCD)和響應(yīng)面分析確定了最佳發(fā)酵條件，并進(jìn)行了驗(yàn)證試驗(yàn)。優(yōu)化后的培養(yǎng)基組成為：硫酸銨0.36g/L、磷酸二氫鉀2.68 g/L、酵母粉2.59g/L，接種量9.67％；其它發(fā)酵條件為：木糖80g/L，MgSO4·7H2O0.1g/L(按單因素最佳值添加)，pH4.8(根據(jù)Plackett—Burman試驗(yàn)選擇)，培養(yǎng)溫度30℃，裝液量80mL/250mL，搖床轉(zhuǎn)速140rpm，發(fā)酵時間48h。在最優(yōu)發(fā)酵工藝下，乙醇產(chǎn)量達(dá)到了26.

5、10g/L，是優(yōu)化前乙醇產(chǎn)量17.40g/L的1.5倍。利用5L發(fā)酵罐進(jìn)行乙醇發(fā)酵的放大研究，在優(yōu)化條件下，發(fā)酵罐中乙醇產(chǎn)量達(dá)到19.80g/L，木糖利用率、乙醇得率和乙醇產(chǎn)率分別達(dá)到67.14％，0.37g/g和0.41g/(L·h)。將初始還原糖含量40g/L的玉米芯半纖維素脫毒水解液配制成發(fā)酵培養(yǎng)基，分別調(diào)pH4.8、pH5.0和pH5.2進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵后乙醇產(chǎn)量分別達(dá)到8.26g/L、11.73 g/L和14.82g/L。