收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

木薯乙醇生料浓醪同步糖化发酵过程优化及其动力学研究

包莹玲  
【摘要】:乙醇不仅是重要的可再生能源,在食品、化工、医药等领域应用也极其广泛。如何进一步对其生产技术进行改进,降低其生产成本,一直是世界能源行业关注的热点和焦点。本课题主要针对木薯乙醇生产过程中浓醪同步糖化发酵过程,进行发酵条件最优化、生料水解多目标优化及基于双酶非同步协同生料浓醪同步糖化发酵模型构建,具体研究方面如下。 从木薯及酿酒酵母工业菌株的浓醪发酵适应性的表征入手。考察实验用木薯及木薯淀粉的化学组成,浓醪下的流体特征、剪切稀化特性、膨胀势。并通过加入预糊化工艺,发现木薯淀粉粉液能在低温下进行水解。对工业酿酒酵母进行表型分析,考察了酿酒酵母的常醪/浓醪发酵特性,高糖、高乙醇耐性,发现浓醪环境给菌体生长和新陈代谢均带来显著压迫。在未优化的情况下,仅提高粉液浓度,酵母发酵参数表征指标均低于常醪发酵。 应用Plackett-Burman设计(Plackett-Burman Design, PBD)对影响浓醪发酵的包括木薯水解条件、发酵环境及培养基添加物在内的19个因素,进行浓醪同步糖化发酵工艺过程建模和显著性因素通量筛选。通过中心因子(Central Composite Design, CCD)响应面法(Response-Surface Methodology, RSM)对经PBD筛选出的显著因素:木薯浓度、木薯颗粒大小、初始pH、发酵温度进行优化。最优化条件下,发酵结束时乙醇浓度达15.03%(wt.%),较优化前提高1.87倍。 在生料浓醪同步糖化发酵的优化中,首先应用CCD-RSM对影响淀粉生料水解的四个显著因素:α-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、液化温度及液化时间分别对菌体浓度、乙醇浓度和淀粉利用率三个目标建模,并对模型进行了最优化估算。发酵结束时,菌体浓度最大值为4.608×108cells/ml,乙醇浓度最大值为18.21%(wt.%),淀粉利用率最大值为94.94%。 在此基础上,应用线性加权法对菌体浓度、乙醇浓度和淀粉利用率三个目标进行多目标优化。通过综合考察分析多目标博弈下,考察水解因素α-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、液化温度及液化时间之间,对三个目标进行调控中的相互关系及对各目标优化影响。通过动态作图,提供给决策者一个可视化博弈最优化Pareto解集。 最后在木薯乙醇生料浓醪同步糖化发酵过程中,引入了双酶非同步协同水解概念建模。根据α-淀粉酶及葡萄糖淀粉酶在生料水解木薯浓醪的添加方案及其在实验过程中表现出的菌体生长、乙醇生成和底物消耗规律,建立基于双酶非同步协同木薯乙醇浓醪发酵动力学模型。通过曲线拟合逼近实验数据、经典公式参数计算、Matlab拟合计算等方式对模型参数进行求解。最后应用菌体浓度最优化策略、乙醇浓度最优化策略和淀粉利用率最优化策略进行建模验证。验证结果证明:在酿酒酵母木薯乙醇生料浓醪同步糖化发酵过程中,基于双酶非同步协同水解的发酵过程建模方法具有很高的预测精度、泛化能力。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 张敏;马江锋;徐冰;梁丽亚;刘嵘明;王光明;姜岷;;利用木薯淀粉为原料发酵生产丁二酸的研究[J];中国酿造;2011年07期
2 王娜娜;姚秀清;张全;贾飞;;耐热酿酒酵母FE-B的分离筛选及应用研究[J];应用化工;2011年07期
3 张宁;蒋剑春;李翔宇;赵剑;;我国非粮燃料乙醇产业发展现状及前景展望[J];生物质化学工程;2011年04期
4 ;[J];;年期
5 ;[J];;年期
6 ;[J];;年期
7 ;[J];;年期
8 ;[J];;年期
9 ;[J];;年期
10 ;[J];;年期
11 ;[J];;年期
12 ;[J];;年期
13 ;[J];;年期
14 ;[J];;年期
15 ;[J];;年期
16 ;[J];;年期
17 ;[J];;年期
18 ;[J];;年期
19 ;[J];;年期
20 ;[J];;年期
中国重要会议论文全文数据库 前3条
1 邢启明;孙启忠;高凤芹;;苜蓿生产燃料乙醇研究[A];2009全国可再生能源—生物质能利用技术研讨会论文集[C];2009年
2 陈洪章;王岚;李冬敏;;汽爆秸秆好氧厌氧交替发酵制氢[A];微生物与人类健康科技论坛论文汇编[C];2009年
3 丁文勇;陈洪章;;蜗牛酶与木霉纤维素酶协同用于皇竹草酶解及发酵乙醇的研究[A];微生物与人类健康科技论坛论文汇编[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 包莹玲;木薯乙醇生料浓醪同步糖化发酵过程优化及其动力学研究[D];华南理工大学;2011年
2 刘海臣;稻草秸秆同步糖化发酵制备纤维素乙醇的研究[D];中国矿业大学;2010年
3 孙丽慧;微生物发酵制备2,3-丁二醇及其双水相萃取[D];大连理工大学;2009年
4 刘佳;表面活性剂在废木质纤维素制酒精中的应用基础研究[D];湖南大学;2008年
5 叶志隆;餐厨垃圾同步糖化发酵产乳酸与双水相分离[D];上海交通大学;2008年
6 苏小军;马铃薯生料糖化发酵转化乙醇的研究[D];湖南农业大学;2009年
7 袁文杰;克鲁维酵母同步糖化发酵菊芋生产乙醇的研究[D];大连理工大学;2009年
8 陈明;利用玉米秸秆制取燃料乙醇的关键技术研究[D];浙江大学;2007年
9 张名佳;纤维素酶高效水解、回收再用与反应机理的研究[D];天津大学;2010年
10 张强;玉米秸秆发酵生产酒精的研究[D];吉林大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李雪莲;广西省武鸣县木薯乙醇产业发展的影响因素研究[D];中国海洋大学;2012年
2 关晓男;乙醇同步糖化发酵动力学模型的研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
3 赖智乐;汽爆玉米秸秆同步糖化发酵产乙醇的工艺研究[D];郑州大学;2010年
4 夏池;玉米秸秆经离子液体预处理同步糖化发酵制乙醇[D];河南科技大学;2011年
5 白从广;甜高粱杆发酵残渣生产生物质能源的研究[D];山东轻工业学院;2010年
6 白玉;发酵菊芋生产酒精菌种的筛选与发酵条件优化[D];大连理工大学;2006年
7 王菁莎;纤维素酶的制备及玉米秸秆固态发酵酒精的研究[D];河北农业大学;2006年
8 张艳;纤维素酶系协同作用实验及重组酵母的同步糖化发酵[D];辽宁师范大学;2007年
9 齐亚林;微生物发酵制氢系统的研究[D];厦门大学;2007年
10 孙亚东;纤维乙醇同步糖化发酵过程及乙醇脱水研究[D];北京林业大学;2009年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 中证证券研究中心 韩晗;海南椰岛 木薯乙醇项目仍是重要看点[N];中国证券报;2011年
2 郭荣村;中粮集团2.3亿扩张非粮乙醇项目[N];粮油市场报;2010年
3 孟朝红 李丹;我国首个木薯乙醇装置成功投运[N];中国化工报;2009年
4 本报记者 杨舒;外企争刮绿色风 中企多凭栏观望[N];国际商报;2010年
5 本报记者 张旭;海南椰岛“被争夺”[N];21世纪经济报道;2011年
6 段心鑫;中粮中海油试水纤维素乙醇商业化[N];粮油市场报;2011年
7 本报记者 王淳;从食品源头保障人民身体健康 绿色生态农业带动地方经济发展[N];开封日报;2009年
8 记者 李君光;泰国经贸考察团来访[N];北海日报;2010年
9 质子;开发纤维乙醇产业 打造绿色再生新能源[N];中国改革报;2009年
10 本报通讯员 张祖义 李建 杨静 刘国磊;禹城循环经济再添一“环”[N];德州日报;2009年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978