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《东华大学》 2011年
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利用黑麦草制乙醇菌种的筛选及分步糖化发酵工艺的研究

吴馨娜  
【摘要】:随着日益增长的能源消耗和严峻的环境问题,乙醇由于其廉价、清洁、可再生等优点有望替代石油成为新能源。目前世界上生产燃料乙醇的主要原料是谷物如玉米、小麦等,但对中国来说采用粮食作物生产燃料乙醇并不是可持续的方法。木质纤维素由于其廉价、可再生性、资源丰富等优点逐渐显现其做为燃料乙醇新型原料的优势。本文针对黑麦草(Lolium perenne)这一纤维原料,筛选可发酵其水解产物的菌株,应用分步糖化水解方法进行乙醇发酵,重点研究了分步糖化水解中的预处理及发酵工艺优化,为之后进一步研究提供基础。主要研究内容为: (1)实验以木糖为筛选因子,筛选出可利用黑麦草水解产物的菌株NS2,研究各项环境因子对菌株生长的影响,经过18SrRNA鉴定为酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)。 (2)对黑麦草材料进行成分分析,考察其作为发酵材料的可行性:水份11.37%、挥发份73.38%、灰分4.78%、还原糖16.67%、总糖含量34.27%、木质素和粗纤维分别为6.33%和6.68%。 (3)稀盐酸处理黑麦草粉各因素的研究,盐酸浓度1.0%(v/v)、水解温度120℃、水解时间120min、固液比为10%时水解率达到最高;运用正交实验分析盐酸较低温度预处理方式,当盐酸浓度为15%(v/v)、水解温度60℃、时间为100min、固液比为5%时预处理效果最佳。 (4)研究不同的预处理剂对黑麦草的水解效果:1.0% (v/v)盐酸可使黑麦草的水解率达到最高48.36%;50%(v/v)硫酸使黑麦草的水解率达到31.64%;而用质量浓度为8%的NaOH和10%(v/v)的氨水水解黑麦草得到的发酵液中还原糖浓度分别可达16.11%和14.58%。 (5)采用分步糖化水解发酵工艺(Separate Hydrolysis and Fermentation,SHF)发酵黑麦草产乙醇,最佳初始条件为温度38℃初始pH 4.5、菌种接种量10%、转速150r/min。 (6)运用响应面分析法(Response Surface Methodology,RSM)分析了分步糖化水解工艺中菌种接种量(X1)、发酵时间(X2)、固液比(X3)对乙醇产率(Y1)的影响,并拟合二次数学模型:Y1=49.18+ 3.82 X1-1.47X2+8.64X3+5.57X1X2+5.31X1X3-0.32X2X3—10.14X12-5.77X22-10.07X32。结果表明,最佳的工艺参数为发酵菌种接种量10%,固液比10%,发酵时间60h。 (7)研究不同的预处理对分步糖化发酵效果的影响:酸水解工艺中,盐酸处理方式的乙醇得率高于硫酸处理方式,为9.76%;碱处理方式中,氢氧化钠预处理方式明显优于氨水预处理方式,乙醇得率为10.01%;有机溶剂与酸碱联用处理方式的乙醇产量明显优于单独使用有机溶剂的乙醇产量。 (8)研究分步糖化水解发酵工艺,拟合发酵过程中菌体生长、乙醇生成和还原糖消耗动力学模型。针对黑麦草残渣进行再利用的初步探讨。 本研究受时间及实验条件限制,有待于进一步菌种改良诱变及发酵工艺优化的研究,将黑麦草做为原料应用于工业化生产燃料乙醇还需要进一步研究。
【学位授予单位】:东华大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TQ223.122

【引证文献】
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