秸秆原料发酵乙醇新技术的研究

【摘要】：利用木材、农作物等的废弃物作为原料生产纤维乙醇，不仅解决了废弃物难利用问题，而且缓和了石油危机，为社会的发展提供了一条可持续发展的道路。农业维持着我国经济的生存，玉米的种植占有较大的比重。玉米秸秆的焚烧不仅使其得不到合理的利用，而且污染环境，加剧了全球的温室效应。玉米秸秆中含有50%以上的半纤维素和纤维素，使得其成为得糖率高的一种生产纤维乙醇的原料。 本研究以玉米秸秆为研究对象，通过初步的爆破后进行低酸预处理，使原料的结构受到破坏和水解，得到木糖含量较高的水解液，采用单因素和正交实验的方法对影响低酸水解木质原料的四个因素进行了研究，得出低酸水解木质原料的最优工艺参数为：爆破处理参数：压强3Mpa，时间4min。水解参数：固体含量12%，稀酸浓度1.4%，反应温度125℃，反应时间80min。在此反应条件下木糖含量达到20.3g/L。在此基础上通过对水解液浓缩脱毒并进行高浓度戊糖发酵，采用单因素和正交实验的方法对影响浓缩液发酵的四个因素进行研究，得出浓缩液发酵乙醇的最优工艺参数为：木糖浓度60g/L,转速为220r/min，温度为30℃，初始pH值为4.5，Candida shehaatae接种量为10%，并加入3%已发酵10h的发酵液，发酵时间为56h。在此反应条件下乙醇浓度达到22.1g/L。低酸处理原料后的残渣中纤维素含量增加，利用残渣进行液态发酵产酶，采用单因素和正交实验的方法对影响液态产酶的四个因素进行研究，得到最优的产酶工艺参数为：Trichodermareesei和Aspergillus niger孢子悬浮液以5：1的比例加入到产酶培养基中，Aspergillus niger孢子悬浮液在Trichodermareesei接种1d后接入。温度为32℃，接种量为7%，pH值为5.5，时间为7d，每隔2d补料秸秆3%，豆饼粉1.5%，在此反应条件下FPA达到3.4IU/mL。通过液态酶和酵母异步酶解发酵己糖，采用单因素和正交实验的方法对影响己糖发酵乙醇的四个因素进行研究，得出乙醇生产的最优工艺参数：纤维素酶液浓缩10倍，固体含量为7%，酶液加入1%(v/v)，保持温度50℃，调整pH5.0，在此条件下糖化1d，然后调整温度为38℃，接种量为10%，pH值为5，时间为4d。在此反应条件下乙醇浓度达到18.0g/L。 【关键词】：秸秆 纤维乙醇 异步发酵 戊糖 己糖
【学位授予单位】：齐鲁工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TQ223.122
【目录】：

• 目录5-10
• 摘要10-11
• ABSTRACT11-13
• 第1章 绪论13-29
• 1.1 纤维乙醇的发展意义13-14
• 1.2 木质纤维素的概述14-15
• 1.3 纤维素预处理的意义15-21
• 1.3.1 物理法预处理工艺15-16
• 1.3.2 化学法预处理工艺16-18
• 1.3.2.1 酸处理工艺16-17
• 1.3.2.2 有机溶剂工艺17
• 1.3.2.3 碱处理工艺17
• 1.3.2.4 氧化工艺17-18
• 1.3.2.5 离子液体抽提工艺18
• 1.3.2.6 湿氧工艺18
• 1.3.3 物理-化学法18-20
• 1.3.3.1 爆破处理工艺18-19
• 1.3.3.2 高温水预处理工艺19-20
• 1.3.4 分步组合预处理工艺20
• 1.3.5 超临界萃取处理工艺20-21
• 1.3.6 微生物预处理工艺21
• 1.4 发酵抑制物21-22
• 1.4.1 发酵抑制物的种类21
• 1.4.2 发酵抑制物的去除21-22
• 1.4.2.1 物理法21-22
• 1.4.2.2 化学法22
• 1.4.2.3 生物法22
• 1.4.2.4 综合方法22
• 1.5 纤维素酶22-23
• 1.6 纤维乙醇发酵工艺23-25
• 1.6.1 分步水解发酵法23-24
• 1.6.2 同步水解发酵法24
• 1.6.3 细胞固定化发酵法24-25
• 1.7 纤维乙醇发酵菌种25-26
• 1.7.1 己糖发酵菌种25
• 1.7.2 戊糖发酵菌种25-26
• 1.8 酶解发酵影响因素26-28
• 1.8.1 酶解影响因素26
• 1.8.1.1 原料26
• 1.8.1.2 酶解环境26
• 1.8.1.3 抑制和激活作用26
• 1.8.2 发酵的影响因素26-28
• 1.8.2.1 培养基成分26-27
• 1.8.2.2 温度27
• 1.8.2.3 溶氧量27
• 1.8.2.4 pH 值27
• 1.8.2.5 其他因素27-28
• 1.9 本实验的研究目的和发展意义28
• 1.10 研究的主要内容28-29
• 第2章 爆破联合低酸水解技术29-37
• 2.0 引言29
• 2.1 实验材料29
• 2.2 实验器材29-30
• 2.3 测定方法30-31
• 2.3.1 秸秆成分测定30
• 2.3.2 DNS 法测定木糖含量30-31
• 2.3.3 pH 值的测定31
• 2.4 实验方法31
• 2.5 结果与分析31-35
• 2.5.1 玉米秸秆成分分析31-32
• 2.5.2 固体含量对原料水解的影响32
• 2.5.3 稀酸浓度对原料水解的影响32-33
• 2.5.4 温度对原料水解的影响33-34
• 2.5.5 反应时间对原料水解的影响34
• 2.5.6 低酸水解原料条件优化34-35
• 2.6 结论35-37
• 第3章 发酵高浓度戊糖37-45
• 3.1 引言37
• 3.2 实验材料37
• 3.3 实验仪器37-38
• 3.4 乙醇浓度与 pH 值的测定38-39
• 3.4.1 试剂配制38
• 3.4.2 乙醇浓度的测定38
• 3.4.3 乙醇浓度的计算38
• 3.4.4 pH 值的测定38-39
• 3.5 培养基39
• 3.6 发酵工艺39
• 3.6.1 水解液浓缩39
• 3.6.2 酵母的活化39
• 3.6.3 种子培养39
• 3.6.4 增殖培养39
• 3.6.5 浓缩液发酵生产乙醇39
• 3.7 结果与分析39-43
• 3.7.1 温度对浓缩液发酵乙醇的的影响39-40
• 3.7.2 pH 值对木糖浓缩液发酵的影响40-41
• 3.7.3 接种量对浓缩液发酵的影响41-42
• 3.7.4 发酵时间对浓缩液发酵的影响42
• 3.7.5 浓缩液发酵乙醇条件优化42-43
• 3.8 结论43-45
• 第4章 双霉发酵生产纤维素酶系45-53
• 4.1 引言45
• 4.2 实验材料45
• 4.3 实验仪器45-46
• 4.4 培养基46
• 4.5 酶活与 pH 值的测定46-47
• 4.5.1 DNS 溶液的配制46
• 4.5.2 葡萄糖标准液的配制46
• 4.5.3 葡萄糖标准曲线的制作46-47
• 4.5.4 滤纸酶活力的测定47
• 4.5.5 β-葡萄糖苷酶酶活的测定47
• 4.5.6 pH 值的测定47
• 4.6 实验方法47-48
• 4.6.1 菌种活化47
• 4.6.2 菌种产酶培养47-48
• 4.7 结果与分析48-52
• 4.7.1 温度对双霉产酶的影响48
• 4.7.2 接种量对双霉产酶的影响48-49
• 4.7.3 pH 值对双霉产酶的影响49-50
• 4.7.4 时间对双霉产酶的影响50-51
• 4.7.5 双霉产酶条件优化51-52
• 4.8 结论52-53
• 第5章 异步糖化发酵乙醇工艺53-59
• 5.0 引言53
• 5.1 实验材料53
• 5.2 实验仪器53-54
• 5.3 乙醇浓度与 pH 值的测定54
• 5.4 培养基54
• 5.5 实验方法54
• 5.5.1 酵母的活化54
• 5.5.2 种子培养54
• 5.5.3 增殖培养54
• 5.5.2 异步糖化发酵54
• 5.6 结果与分析54-58
• 5.6.1 发酵温度对乙醇浓度的影响54-55
• 5.6.2 酵母接种量对乙醇浓度的影响55-56
• 5.6.3 pH 值对乙醇浓度的影响56
• 5.6.4 发酵时间对乙醇浓度的影响56-57
• 5.6.5 异步糖化发酵条件优化57-58
• 5.7 结论58-59
• 第6章 结论与展望59-61
• 6.1 结论59-60
• 6.2 研究展望60-61
• 参考文献61-67
• 致谢67-69
• 在学期间主要科研成果69

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