论文部分内容阅读
燃料乙醇是以谷物、薯类、甘蔗或其它植物等为原料，经发酵、蒸馏而制成。石油价格的不断攀升催生了全球生物燃料乙醇产业的蓬勃发展。木薯渣是生产木薯淀粉所剩下的固体废料，年产量巨大，成本极低，并且含有较高的淀粉和纤维素，利用木薯渣糖化发酵产乙醇日益受到关注。本课题通过对木薯渣的成分进行测定，建立了以木薯渣、混合酶和酿酒酵母为基础的异步糖化发酵(Separate hydrolysis and fermentation, SHF)和同步糖化发酵工艺(Simultaneous Saccharification and Fermentation, SSF)；并对利用SHF和SSF工艺发酵木薯渣产乙醇进行了研究。湿木薯渣含水率为83.12%，pH值为3.4；干木薯渣中灰分含量为2.84%，淀粉含量为40.12%，纤维素含量为11.40%，半纤维素含量为8.29%，蛋白质含量为4.43%，脂肪含量为3.45%。木薯渣酶水解实验的最适条件为：pH值5.0，温度50℃，纤维素酶添加量为15 FPU/g纤维素，Novozyme 188添加量为30 U/g纤维素；α-淀粉酶添加量为500 IU/g淀粉，糖化酶添加量为500 U/g淀粉，此时木薯渣葡萄糖浓度和葡萄糖得率分别可达到16.87 g/L和74.4%。初始底物浓度为16%(w/v)时，分批补料工艺使得葡萄糖得率比间歇补料提高了18%。酶分批加入的葡萄糖得率高于一次加入的葡萄糖得率，达到61.2%，而分批补料的葡萄糖得率和木糖得率达到最大，分别为72.4%和39.6%。进一步研究了酿酒酵母发酵酶解液产乙醇的最适条件：pH值5.0，温度37℃，接种量为6%。以底物浓度为16%的间歇工艺得到的酶水解液作为发酵培养基的过程中，添加有机氮源的发酵效率相对于没有添加有机氮源的发酵效率提高了5.2%，此时的乙醇浓度为26. 3 g/L。酿酒酵母同步糖化发酵木薯渣的最优工艺条件为：培养温度37℃，pH值5.0，接种量6%。以底物浓度为4%的木薯渣在此条件下发酵96 h，发酵终点的乙醇浓度和发酵效率分别为7.71g/L和70.76%。木薯渣同步糖化发酵的最大底物浓度可达20%，发酵终点乙醇浓度和发酵效率分别为34.67 g/L和63.60%。对比间歇发酵方式，分批补料的操作模式大大提高了乙醇的产量和发酵效率，分别达到了40.12 g/L和71.39%。而在分批补料中，酶与料一起补加，得到乙醇产量43.25 g/L，乙醇发酵效率为76.96%。