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餐厨废弃物糖化发酵炼制燃料乙醇研究

曹铭  
【摘要】:餐厨废弃物是一种丰富廉价的废弃资源,大部分未得到妥善处理,严重危害了绿色生态环境与人民身体健康。将餐厨废弃物能源化利用,替代有限的粮食原料发酵生产燃料乙醇,在新能源开发和环境保护等方面具有重要的经济和社会效益。本论文选取淀粉类和纤维素类两类餐厨废弃物为研究对象,以餐厨废弃物的酶法水解与发酵制醇为研究主线,对其酶解糖化和发酵过程进行工艺优化,建立不同餐厨废弃物炼制燃料乙醇的最佳工艺,主要结论如下: 淀粉类餐厨废弃物制备燃料乙醇:以高固液比(20%,w/v)淀粉类餐厨废弃物为原料,采用液化酶与糖化酶组合酶解效果最佳,液化酶和糖化酶的最优酶解条件分别为:85°C,加酶量0.75KNU/g干基,液化时间40min;45°C,pH值为5.0,加酶量0.5AGU/g干基,糖化时间30min。餐厨废弃物经液化糖化后,在未灭菌、未添加营养物质条件下接种酿酒干酵母进行乙醇发酵,最佳发酵条件为:酵母接种量3g/L,发酵时间为20h,乙醇浓度54g/L,相当于0.438g乙醇/g葡萄糖,达到理论产量的86%。 纤维素类餐厨废弃物制备燃料乙醇:柚皮等柑橘类果皮废弃物是纤维素类餐厨废弃物的代表组分,选取柚皮为原料,使用蒸汽灭菌预处理(121°C,15min)方法可使柚皮中的可溶性糖溶解,并可部分降解果胶,从而使固体底物中纤维素和半纤维素含量分别提高40.2%和20.5%,同时可降低1/4的加酶量;纤维素酶和果胶酶进行复配,可有效降解柚皮,生成可发酵糖和半乳糖醛酸(GA),在50°C、初始底物含量10%、pH为4.8时,纤维素酶和果胶酶最优加酶量分别为3.8FPU/g干基和15U/g干基,酶解过程底物pH值随着GA的积累逐渐降低。同步糖化发酵最优条件为初始pH值5.0、初始固液比10%、酵母接种量5g/L,乙醇浓度可达17.35g/L,达到理论值的94%;在初始固液比为10%时,利用分批补料策略,使总固液比达到20%和25%,发酵48h后,乙醇浓度分别可提高至30.45g/L和34g/L。


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