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自絮凝颗粒酵母SPSC01发酵糖蜜生产乙醇的研究

赵大伟  
【摘要】: 糖蜜原料生产燃料乙醇过程中的一个重要特征就是容易实现清液发酵,将其与自絮凝颗粒酵母的自固定化性能结合起来可以大大简化燃料乙醇工业生产中分离、精馏等单元操作。本文对自絮凝酿酒酵母SPSC01发酵糖蜜生产乙醇进行了研究,以期对该工艺在工业应用中的可行性进行初步的探索。 首先,为了验证不同菌种对糖蜜原料利用的能力,将SPSC01与本实验室保存的其它三株菌种发酵糖蜜生产乙醇的性能进行了比较。在发酵时间、终点残糖浓度和终点乙醇浓度等发酵参数上,SPSC01均表现出了明显的优势。 在此基础上,利用均匀设计的方法对SPSC01以糖蜜为原料的发酵条件进行了优化。优化的发酵条件为:外源添加N0.3g L~(-1)、P 0.3g L~(-1)、玉米浆0.6%(v/v)、原料稀释配比为3:7(糖蜜:红糖)。单级搅拌式生物反应器的验证实验中证明该发酵条件下SPSC01发酵时间缩短了33.3%、终点残糖浓度降低了46.2%、终点乙醇浓度提高了10.2%、终点生物量浓度增加了92.1%。并以代谢过程中副产物的HPLC数据为基础对优化前后糖代谢流量的分布进行了简单分析。 随后,模拟工业生产进行了四级搅拌式生物反应器串联的连续发酵实验,监测了各项发酵状态参数及絮凝酵母的粒径变化。实验数据表明:优化条件下的连续发酵过程中,系统发酵成熟醪液中乙醇浓度维持在88 g L~(-1)、残糖浓度维持在7 g L~(-1)、生物量浓度维持在12 g L~(-1)、系统发酵强度达到了3.96 g L~(-1)h~(-1),与未优化条件下的连续发酵相比提高了55.3%;优化条件下连续发酵的絮凝酵母粒径与未优化条件相比有了显著增加,末级发酵罐的粒径增加了68.8%。以上参数为SPSC01发酵糖蜜生产乙醇的可行性提供了参考依据。 最后,对糖蜜原料生产乙醇的废液处理方式进行了初步的探究。发酵废液全循环的废液处理方式下,发现对自絮凝颗粒酵母SPSC01的发酵性能有明显的抑制效应。模拟添加实验证明,循环条件下的代谢副产物的积累浓度未达到各自的抑制浓度,抑制效应的关键因素还有待进一步的确定。


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