玉米芯酶法糖化發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的研究.pdf

1、玉米芯作為一種豐富廉價的植物纖維資源,可以代替有限的糧食原料發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇,在開發(fā)新能源和環(huán)境保護等方面具有重要的經(jīng)濟效益和社會效益.本文對玉米芯的酶解糖化、酶解液的乙醇發(fā)酵、利用耐高溫酵母及共發(fā)酵木糖一葡萄糖的基因重組酵母分別進行同步糖化發(fā)酵生產(chǎn)乙醇等技術(shù)進行了研究. 對稀酸預處理玉米芯纖維殘渣的酶解糖化進行了研究,結(jié)果表明,纖維素酶的適宜用量為20 FPIU/g底物,酶解時間以48 h為宜;補加纖維二糖酶有效解除了纖維二糖

2、累積引起的反饋抑制,提高了酶解得率;酶解體系中添加1﹪非離子型表面活性劑Tween-80和0.5﹪微量元素溶液可以有效促進酶解,還原糖質(zhì)量濃度達到68.2g/L,酶解得率達93.1﹪;采用分批補料酶解工藝提高底物濃度,可以有效提高酶解液中的還原糖濃度,酶解得率仍能夠維持在較高水平,該工藝為提高后續(xù)發(fā)酵的乙醇濃度奠定了基礎(chǔ).酶解液中的葡萄糖可被耐高溫釀酒酵母Saccharomyces cerevisiae HTR-11迅速發(fā)酵生成乙醇,接

3、種后18 h內(nèi)葡萄糖被完全利用,乙醇質(zhì)量濃度達25.1g/L,葡萄糖代謝產(chǎn)生乙醇的得率為0.477 g乙醇/g葡萄糖,達到理論得率的93.7﹪. 采用耐高溫酵母S. cerevisiae HTR-11為發(fā)酵菌株,對稀酸預處理后的玉米芯纖維殘渣進行同步糖化發(fā)酵生產(chǎn)乙醇.研究結(jié)果表明,同步糖化發(fā)酵前調(diào)節(jié)pH值至4.8-5.0,可有效提高乙醇產(chǎn)量.原料預酶解對乙醇最終產(chǎn)率產(chǎn)生不利影響,因此以直接同步糖化發(fā)酵為宜,同步糖化發(fā)酵周期為92

4、h.耐高溫酵母S.cerevisiaeHTR-11的最適同步糖化發(fā)酵溫度為38℃,適宜的氮源為蛋白胨,添加量以10 g/L為宜,同步糖化發(fā)酵92 h后乙醇濃度達到29.7 g/L,纖維素轉(zhuǎn)化產(chǎn)生乙醇的得率為0.500 g乙醇/g纖維素.同步糖化發(fā)酵有效消除了葡萄糖對纖維素酶的反饋抑制作用,乙醇得率比分步水解糖化發(fā)酵增加了18.2﹪. 采用基因重組酵母S. cerevisiae ZU-10為發(fā)酵菌株,對堿法預處理后的玉米芯纖維殘渣

5、進行同步糖化發(fā)酵生產(chǎn)乙醇.研究結(jié)果表明,原料預酶解會對乙醇產(chǎn)率產(chǎn)生不利影響,因此以直接同步糖化發(fā)酵為宜,同步糖化發(fā)酵周期為116 h.同步糖化發(fā)酵過程中添加適量木聚糖酶可以提高乙醇的產(chǎn)量.優(yōu)化后的同步糖化發(fā)酵工藝條件為:發(fā)酵溫度30℃,蛋白胨7.5 g/L,木聚糖酶用量400 IU/g底物,接種量10﹪,搖床轉(zhuǎn)速120 rpm.在優(yōu)化后的工藝條件下同步糖化發(fā)酵116 h,乙醇濃度達到37.8G/L,纖維素和半纖維素轉(zhuǎn)化產(chǎn)生乙醇的得率為0

6、.408 g乙醇/g碳水化合物.增加底物濃度可以提高發(fā)酵液中乙醇的濃度,底物濃度從100g/L增加到200 g/L時,乙醇濃度從37.8g/L增加到66.6 g/L,發(fā)酵液中乙醇濃度的提高,對降低乙醇蒸餾回收所耗用的能量成本具有重要意義. 對上述三種乙醇生產(chǎn)工藝進行了比較,結(jié)果表明,利用基因重組酵母Scerevisiae ZU-10對堿法預處理后的玉米芯纖維殘渣進行同步糖化發(fā)酵,1 g玉米芯可轉(zhuǎn)化為乙醇0.278 g,能夠得到較