除去蛋白质后生物质乙醇发酵工艺研究

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能源短缺一直是世界各国最为关注的问题。随着人类对生存环境的重视,环境污染问题也日益受到关注,发展可持续的绿色能源成为了目前的当务之急,而以木质纤维素原料制燃料乙醇是一个具有吸引力的方法。木质纤维素生产燃料乙醇主要包括原料的预处理、水解糖化以及发酵,用于各个过程的方法有很多,也取得了一定的进展,但是乙醇产率还比较低。木质纤维素原料成分复杂,除了纤维素、半纤维素和木质素这三大主要成分外,还存在蛋白质等其它成分。有研究表明,小麦秸秆除去蛋白质后对纤维素酶水解过程存在一定的影响。因此,在此基础上本文研究了小麦秸秆除去蛋白质后对整个乙醇发酵工艺的影响。首先考察了NaOH浸提法、裂解法以及酸性蛋白酶水解法这三种方法对小麦秸秆蛋白质的除去效果,得出酸性蛋白酶水解法效果最好。接着讨论了处理温度、处理时间、pH值、固液比以及酶的添加量等因素的影响。通过对其进行条件优化,得出酸性蛋白酶除去小麦秸秆中蛋白质工艺的最优组合条件为:处理温度55℃,处理时间12h,pH4.5,固液比1:16,酸性蛋白酶添加量45mg。在该反应条件下,纤维素降解率达到35.35%,比直接酶解法提高了42.31%。木质纤维素原料前期处理方法不同,对纤维素酶水解糖化过程的影响也不同。以除去蛋白质后的小麦秸秆为原料,考察了纤维素酶添加量、酶解时间、固液比、pH值以及酶解温度一系列因素的影响,确定了除去蛋白质后小麦秸秆纤维素酶水解的最优组合条件为:纤维素酶添加量170mg,酶解时间56h,固液比1:20,pH4.8,酶解温度50℃。在此条件下,除去蛋白质后小麦秸秆纤维素降解率为59.29%,而未处理的小麦秸秆为43.73%,纤维素降解率提高了35.58%。最后,进一步考察了除去蛋白质后的小麦秸秆对分步糖化发酵和同步糖化发酵的影响,并以同步糖化发酵为主。通过对各发酵工艺中选定因素的研究,得出除去蛋白质后小麦秸秆同步糖化发酵的最优组合条件为:pH4.5,发酵温度35℃,发酵时间60h,接种量10%,纤维素酶添加量150mg,乙醇生成浓度为22.08g/L,而未处理的为16.75g/L,乙醇生成浓度提高了31.82%。分步糖化发酵的最优组合条件为:发酵温度35℃,发酵时间30h,接种量10%,乙醇生成浓度为21.81g/L,而未处理的为20.26g/L,乙醇生成浓度仅提高了7.65%。
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