论文部分内容阅读
高浓度(Very high gravity,VHG)乙醇发酵能够显著提高终点乙醇浓度并且降低生产过程中的能耗。然而,VHG乙醇全厌氧发酵工艺中,发酵后期的酵母细胞浓度和细胞存活率较低,导致发酵时间延长。因此,如何改进发酵工艺,以提高和维持酵母细胞浓度和活力非常重要。为此,本论文将微通氧引入葡萄糖VHG乙醇发酵中,研究酿酒酵母GGSF16的发酵特性。依据发酵效果,确定最适初糖浓度和通气策略,并将其应用于木薯粉液化滤液VHG乙醇发酵。主要结果如下:(1)在32℃,200 rpm,初始葡萄糖浓度为260 g/L,接种量为10%的条件下,以通气量为(0、40、80、160、300 mL/min)进行5 L罐VHG乙醇发酵。结果表明,通入适当的空气是高浓度乙醇发酵过程中重要的控制参数。与厌氧发酵相比,通入适量的空气能够缩短发酵时间,增加酵母细胞量,提高细胞的存活率和乙醇耐受性。然而,乙醇产量与单位质量的酵母细胞消耗葡萄糖和生成乙醇的能力降低。最适通气量为80 mL/min。在此条件下,酵母细胞干重达14.16 g/L,发酵强度为3.93g/(L·h),与厌氧发酵相比,分别提高104%和70.1%,终点乙醇浓度为117.9 g/L,乙醇产率为0.452 g/g(发酵效率88.4%),同时,发酵时间从54 h缩短至30 h。如果继续提高通气量,更多的底物被用于酵母细胞的增殖,导致乙醇的产量降低。(2)为了提高终点乙醇浓度和发酵效率,研究不同初始葡萄糖浓度(260,300,340 g/L),不同通气策略(不通气,连续通气,间歇通气)对VHG乙醇发酵的影响。探索发酵过程中细胞生长、糖消耗、乙醇生成快慢的原因,描述细胞生长、糖消耗、乙醇生成的相互关系。结果表明,最适初糖浓度和通气策略分别为300 g/L和80mL/min间歇通气。在此条件下,终点乙醇浓度达138.5 g/L,发酵强度为3.30 g/(L·h),酵母细胞干重为12.4 g/L,发酵效率为90.3%,与厌氧发酵相比,分别提高了11.9%,76.5%,98.4%,11.8%,乙醇产率为0.467 g/g,发酵时间从66 h缩短至42 h。在相同通气策略下,随着初糖浓度的升高,发酵时间延长,酵母细胞量下降,发酵效率降低;在相同初糖浓度下,增加通气时间和通气量,虽然有利于酵母细胞的生长和发酵时间的缩短,但不利于乙醇的积累。(3)在糖化酶添加量为250 U/g,尿素添加量为4 g/L,初始pH为5.0-5.5,接种量为10%,初总糖浓度为320 g/L的条件下,利用同步糖化发酵工艺,进行木薯粉液化滤液VHG乙醇发酵。研究不同通气策略(不通气,连续通气,间歇通气)对发酵的影响。结果表明,最适通气策略为80 mL/min间歇通气,酵母细胞干重达9.6 g/L,发酵强度为3.17 g/(L·h),与厌氧发酵相比,分别提高17.5%和38.4%,,终点乙醇浓度为133.3 g/L,乙醇产率为0.466 g/g,发酵效率为82.4%。同时,发酵时间从60 h缩短至42 h。