叢生竹纖維的預(yù)處理及酶解發(fā)酵產(chǎn)乙醇.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、在利用生物纖維酶水解轉(zhuǎn)化乙醇時,天然狀態(tài)的竹質(zhì)纖維未經(jīng)預(yù)處理其酶解率極低,預(yù)處理成為竹纖維生物轉(zhuǎn)化燃料乙醇工藝的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸之一。同時,乙醇產(chǎn)率不高的另外兩個主要原因,一是木質(zhì)纖維酶解率較低,其二是酶水解半纖維素和纖維素得到五碳糖/六碳糖不能同時有效地被利用轉(zhuǎn)化為燃料乙醇。
   本文基于探索竹纖維蒸汽爆破預(yù)處理的最佳參數(shù)和提高發(fā)酵產(chǎn)乙醇產(chǎn)量的目的,進(jìn)行了竹纖維蒸汽爆破預(yù)處理,混合纖維素酶酶解竹爆破渣,竹爆破渣混合菌發(fā)酵生產(chǎn)乙醇

2、的工藝等方面的研究,得出了以下結(jié)論:
   (1)蒸汽爆破預(yù)處理時,原料粉碎至0.5-1.0cm,通過蒸汽爆破能適度破壞竹子內(nèi)部結(jié)構(gòu),得到還原糖得率較高為6.85%。原料含水率在10%時可有效促進(jìn)半纖維素在蒸汽爆破過程中溶出,去除部分木質(zhì)素,得到還原糖得率最高為7.95%。隨著爆破壓力增加和保壓時間延長,爆破渣還原糖得率大體上逐漸提高,半纖維素、纖維素、木質(zhì)素有相應(yīng)的降解,同時實(shí)驗(yàn)證實(shí)汽爆壓力對爆破效果更為顯著。而劇烈的爆破條件

3、下(壓力>3.5Mpa、時間>240s),還原糖得率會有所下降,所以建議蒸汽爆破預(yù)處理竹子以爆破壓力達(dá)到3.0Mpa和保壓時間維持在240s為宜。
   (2)酶解以蒸汽爆破預(yù)處理的叢生竹為原料,主要對影響纖維素酶解的七個因素進(jìn)行了全面考察,并對酶解溫度、pH、酶的用量、β-葡萄糖苷酶/濾紙酶的比這四因素進(jìn)行正交優(yōu)化研究,優(yōu)化并得出了酶解竹纖維的最適宜工藝條件為:酶解溫度為50℃、初始pH為5.2、底物濃度為10%、吐溫-20為

4、0.3%、加入的酶量為35IU/g、β-葡萄糖苷酶酶活/濾紙酶的比為1.0、酶解48h。利用發(fā)酵罐進(jìn)行驗(yàn)證放大實(shí)驗(yàn),可產(chǎn)生30.37g/L的還原糖,糖化率為57.49%。
   (3)在優(yōu)勢發(fā)酵菌的作用下,將經(jīng)蒸汽爆破預(yù)處理及混合纖維素酶水解后的竹纖維轉(zhuǎn)化為乙醇。當(dāng)分別加入發(fā)酵菌種KO11、釀酒酵母、KO11和釀酒酵母時,進(jìn)行10%底物分步糖化發(fā)酵(SHF),可產(chǎn)乙醇分別為8.37g/L、13.08g/L、14.60g/L,乙醇

5、得率分別為31.07%、48.55%、54.20%,說明組合菌發(fā)酵產(chǎn)乙醇效果最好。用組合菌進(jìn)行同步糖化共發(fā)酵(SSCF),底物濃度為10%時,可產(chǎn)乙醇為16.81g/L,乙醇的得率為63.39%,與SHF相比,SSCF乙醇產(chǎn)率提高了16.96%;當(dāng)提高底物濃度時會造成酶解糖化效率降低,但分批補(bǔ)料在一定程度上可提高底物的利用率;在發(fā)酵過程中改變溫度對提高發(fā)酵效果不是很明顯,發(fā)酵時轉(zhuǎn)速選擇120r/min較適宜。用發(fā)酵罐進(jìn)行放大實(shí)驗(yàn),當(dāng)發(fā)酵

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