秸稈纖維素水解與木糖酒精發(fā)酵.pdf

1、木質(zhì)纖維素的水解和選育高效利用木糖生產(chǎn)酒精的菌株一直是纖維質(zhì)原料制取燃料乙醇的兩個關(guān)鍵，也是兩個難點。本論文針對這兩個重要環(huán)節(jié)進行研究，以期為燃料乙醇生產(chǎn)提供可借鑒的方法、數(shù)據(jù)和菌種。本文主要研究經(jīng)單螺桿擠出汽爆處理的農(nóng)作物秸稈的稀酸水解和酶水解、木糖酒精發(fā)酵菌種的選育、發(fā)酵條件的優(yōu)化。主要工作如下：
　　 1.稀硫酸水解在硫酸濃度為3％，水解溫度為110℃，水解時間為60min，采用固液比為1:15，7＃原料(120℃下汽爆1

2、0min)有著最佳的還原糖得率39.76％，原料中可水解部分有83.9％轉(zhuǎn)化為還原糖，水解液中還原糖濃度可達27.87g/L。稀鹽酸水解在鹽酸濃度為3％，溫度110℃，水解時間60min，固液比1:20時，5＃原料(120℃下汽爆6min)有最佳的還原糖得率42.0％，原料中74.9％的半纖維素和纖維素轉(zhuǎn)化為還原糖，水解液中還原糖濃度可達23.36g/L。當酸性納米二氧化鈦溶液與水的比例為3∶17時，在溫度110℃，水解時間60min，

3、固液比1:20時，6＃原料(120℃下汽爆8min)有最佳的還原糖得率41.5％，與稀鹽酸水解的得率基本接近。
　　 2.比較三種加熱方式，常規(guī)加熱有著最高的還原糖得率，超聲加熱水解的糖得率略高于微波加熱水解的糖得率。但超聲水解后的原料結(jié)構(gòu)被破壞，表面呈現(xiàn)出不規(guī)則的破碎，因而超聲水解作為一種酶水解的預(yù)處理手段能更有效的提高原料的水解效果；微波水解雖然糖得率較低，但在所有加熱方式中卻是用時最短的，并且能量的利用最為充分，如能有良好

4、的反應(yīng)容器，微波水解的效率或許能進一步提高。
　　 3.研究了超聲聯(lián)合酸預(yù)處理以及酸、堿性過氧化物預(yù)處理對酶水解的影響。在超聲總時間為40min，以3％的鹽酸為超聲介質(zhì)對樣品進行預(yù)處理，其殘渣1的酶水解還原糖得率為34.2％，總還原糖得率Yo1為56.2％；殘渣2酶水解的還原糖得率為46.7％，總還原糖得率Yo2為66.5％。高濃度的堿性過氧化氫預(yù)處理能有效的降低原料中半纖維素和木質(zhì)素的含量，尤其是木質(zhì)素含量的降低，較大的提高了

5、酶水解的能力，其中1＃原料用30％堿性過氧化氫溶液預(yù)處理后，其酶水解的還原糖得率為60.8％，比不經(jīng)過預(yù)處理的原料酶水解所得的還原糖得率提高了3倍左右。2＃原料經(jīng)鹽酸預(yù)處理后其酶水解的還原糖得率可達59.0％，比不經(jīng)過預(yù)處理的原料酶水解所得的還原糖得率提高了2倍左右。而經(jīng)過堿性過氧化氫預(yù)處理后再聯(lián)合鹽酸預(yù)處理的1＃原料有著最高的酶水解還原糖得率72.0％。可見原料中半纖維素和木質(zhì)素最大程度的去除能有效的提高原料酶水解的效果。掃描電鏡圖片

6、表明單螺桿擠出汽爆處理的玉米秸稈纖維都得到一定程度的分離，再經(jīng)堿性過氧化氫預(yù)處理，纖維又被進一步分離。經(jīng)堿性過氧化氫處理的纖維的酸性纖維素酶水解液成分主要是葡萄糖，而其它副產(chǎn)物很少，說明堿處理再經(jīng)纖維素酶水解更適于后續(xù)的酒精發(fā)酵，是一種很有潛力的木質(zhì)纖維素預(yù)處理方法。
　　 4.從自然界中篩選能利用木糖產(chǎn)酒精的菌株，初篩獲得156株具有典型酵母菌落特征的菌株，經(jīng)復(fù)篩獲得12株，最后選定乙醇得率較高，發(fā)酵性能穩(wěn)定的1125-3進行

7、發(fā)酵性能研究。72h木糖的利用率達62.52％，酒精得率10.62％，定向馴化后對木糖的利用率可達92.92％，酒精得率達12.88％。菌株1125-3可以快速有效地利用木糖，但酒精得率不高。不過在2.5％葡萄糖與2.5％木糖做混合碳源發(fā)酵時，其酒精得率達到了純葡萄糖發(fā)酵水平。
　　 5.通過對嗜單寧管囊酵母木糖酒精發(fā)酵的發(fā)酵性能的研究，分離、篩選、馴化培養(yǎng)出一株高效木糖酒精發(fā)酵菌株g-13。其酒精發(fā)酵適宜轉(zhuǎn)速為100r/min

8、，而根據(jù)菌株生長的不同階段適當?shù)卣{(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速有利于提高酒精得率，適宜的初始木糖濃度為50g/l，溫度為30℃。最適條件下其木糖酒精發(fā)酵的轉(zhuǎn)化率為0.446 g/g(酒精/消耗的糖)。
　　 6.管囊酵母g-13既能發(fā)酵葡萄糖又能發(fā)酵木糖生產(chǎn)酒精，而稻殼粉水解液的主要成份為葡萄糖和木糖，采用管囊酵母發(fā)酵時可以同時將兩種碳源都轉(zhuǎn)化為酒精，酒精轉(zhuǎn)化率為0.38 g/g(酒精/消耗的糖)。對稻殼粉的水解條件的研究發(fā)現(xiàn)水解溫度、水解時間、硫酸