生料玉米同步糖化發(fā)酵制備乙醇工藝優(yōu)化及動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、近年來(lái)由于能源危機(jī)和全球變暖愈發(fā)受到社會(huì)的重視，人們希望能找到一種可替代化石燃料的新能源來(lái)解決上述問(wèn)題，燃料乙醇作為一種應(yīng)用前景十分廣闊的生物質(zhì)能源無(wú)疑是最佳選擇之一。以玉米為代表的淀粉質(zhì)原料發(fā)酵制乙醇是我國(guó)主要的生產(chǎn)方法，與傳統(tǒng)的發(fā)酵相比，同步糖化發(fā)酵是將酶水解和乙醇發(fā)酵結(jié)合在一起，在同一發(fā)酵罐中進(jìn)行，該方法具有降低能耗，簡(jiǎn)化發(fā)酵工藝，減小底物抑制，增大乙醇產(chǎn)量等優(yōu)點(diǎn)。但同時(shí)也存在著諸多缺陷，如發(fā)酵過(guò)程中的工藝參數(shù)未達(dá)到最佳條件，還有

2、待優(yōu)化；而且酵母菌、酶制劑與原料在同一罐體中作用，使得發(fā)酵過(guò)程變得難以控制和預(yù)測(cè)等。為此，本文主要針對(duì)發(fā)酵過(guò)程中影響極為顯著的幾個(gè)工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化研究，旨在找到最優(yōu)的工藝條件，并且將酵母生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)與乙醇生成動(dòng)力學(xué)進(jìn)行類(lèi)比，給出了以乙醇質(zhì)量濃度作為目標(biāo)函數(shù)的重新參數(shù)化的動(dòng)力學(xué)模型。
　　本文主要通過(guò)考察發(fā)酵溫度、酵母菌添加量、糖化酶添加量這三個(gè)因素對(duì)乙醇產(chǎn)量的影響得出如下結(jié)論：（1）隨著發(fā)酵溫度的升高、酵母菌添加量的增加和糖化酶添加

3、量的增加乙醇質(zhì)量濃度都是呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，其中在發(fā)酵溫度為32℃，酵母菌添加量為4.5‰g/(g·原料)，糖化酶添加量為4.15‰g/(g·原料)時(shí)乙醇質(zhì)量濃度達(dá)到最大值。（2）在單因素的基礎(chǔ)上通過(guò)三因素三水平的Box-Behnken組合設(shè)計(jì)并運(yùn)用Design Expert軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，求出了回歸方程并繪制出了響應(yīng)面曲線(xiàn)圖，以此來(lái)確定各個(gè)影響因素對(duì)響應(yīng)值的影響趨勢(shì)及各因素的交互作用，最終得出發(fā)酵溫度為32.5℃、酵母

4、菌添加量為4.42‰g/(g·原料)、糖化酶添加量為4.20‰g/(g·原料)為最優(yōu)的制備工藝條件。（3）用重新參數(shù)化的Logistic模型和Gompertz模型描述不同酵母菌添加量下乙醇質(zhì)量濃度隨發(fā)酵時(shí)間的變化，它們的擬合度 R2均大于0.9500，其中參數(shù)Pmax(最大乙醇質(zhì)量濃度)隨著酵母菌添加量的增大而升高，λ(延遲時(shí)間)隨著酵母菌添加量的增大而降低，而 vmax(乙醇比生成速率)的變化規(guī)律不明顯，說(shuō)明其受酵母菌添加量的影響較小