利用甜高梁莖稈固定化酵母生產燃料乙醇.pdf

1、由于石油危機和氣候環(huán)境的變化,尋找一種可以替代石油的液體燃料至關重要。其中燃料乙醇無疑是石油替代品中最佳選擇之一。目前世界上主要利用玉米小麥甘蔗等作為原料生產燃料乙醇,由于世界糧食危機而結合中國地勢國情,必須要尋求一種非糧食基原料來生產乙醇,甜高粱受到了越來多的重視。本文主要嘗試了利用甜高粱莖稈通過固定化細胞技術連續(xù)發(fā)酵生產燃料乙醇及其工藝放大。
　　 本文利用甜高粱莖稈作為固定化的載體,實現(xiàn)酵母細胞的固定化,用于高濃度乙醇發(fā)酵

2、。實驗研究了不同預處理方法對載體固定化細胞的能力,以及對乙醇發(fā)酵動力學的影響。本文中未滅菌的新鮮甜高粱莖稈最大的固定化生物量為0.489g細胞干重(DCW)／g干載體(DBW)。經(jīng)過高溫滅菌的載體的固定化細胞能力明顯下降,當溫度從100℃升高至121℃時,固定化生物量從0.12g(DCW)／g(DBW)降低至0.07g(DCW)／g(DBW)；經(jīng)過纖維素酶(60U／g載體)處理3天后的莖稈,比表面積增大,酵母細胞固定化能力大大提高,此時

3、的固定化生物量高達0.68g(DCW)／g(DBW)。以纖維素酶處理過的甜高粱莖稈為載體固定酵母細胞,與未經(jīng)處理的甜高粱莖稈為載體固定酵母細胞進行比較,考查了兩個體系在高糖濃度反復分批發(fā)酵的能力。結果顯示,當乙醇濃度都達到130g-L-1時,前者發(fā)酵周期比后者縮短了15h；以纖維素酶處理過的甜高粱莖稈為載體固定酵母細胞體系可以穩(wěn)定運行25批次,使用周期達兩個月以上,且平均乙醇含量維持在132 g·L-1。纖維素酶預處理不僅提高了載體的比

4、表面積,提高了固定化細胞的能力；而且纖維素酶可以部分降解載體表面,從而形成很多微小的孔隙,提高了乙醇發(fā)酵過程中固定化細胞體系的傳質效率,從而大大提高了乙醇發(fā)酵速率。
　　 利用未經(jīng)處理的甜高粱莖稈填充固定化反應器分別進行反復分批發(fā)酵和無極連續(xù)發(fā)酵,填充密度約為50％。其中在反復分批發(fā)酵過程中,每一批次前期游離細胞迅速增殖,最大濃度可達2.4×108／ml,隨著乙醇濃度逐漸增加和糖濃度的逐漸減少游離細胞逐漸減少,固定化生物量像游離

5、細胞一樣也會有一個波動,但總體是逐漸增加的趨勢,平均的固定化細胞濃度為0.22 g(DCW／DBW),從而使體系中的酵母細胞不斷更新保持體系活力。且整個過程中乙醇的濃度平均在130.1 g·L-1以上,殘?zhí)菨舛纫苍? g·L-1以下,使用周期可達一個月以上。在五級連續(xù)發(fā)酵過程中,每一級游離細胞濃度逐漸趨于一致,固定化細胞濃度整體也呈現(xiàn)增加的趨勢,但由于受到高濃度乙醇的影響,后兩級固定化死細胞濃度明顯低于前三級,固定化細胞活率從第15天7

6、0％和60％再次逐漸降低,在發(fā)酵26天后第五級與第四級活細胞的比率降到22％和38％,出芽率和乙醇脫氫酶的活性也在降低,在15天之內殘?zhí)菨舛瓤偪梢跃S持在5 g·L-1,在21天后乙醇濃度逐漸降低從126g·L-1降低至26天的113g·L-1殘?zhí)菨舛纫矎?.9g·L-1上升到18.9 g·L-1,但發(fā)酵后平均乙醇濃度都在130g／L以上,使用周期可達26天,也表明多級連續(xù)高濃度乙醇發(fā)酵可以成功的實現(xiàn)。
　　 對于多級連續(xù)發(fā)酵工藝