菊芋塊莖干粉生物乙醇發(fā)酵條件研究.pdf

1、菊芋是一種極具開(kāi)發(fā)潛力的非糧資源，具有含糖高、耐干旱、耐貧瘠、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn);菊芋塊莖主要成分是菊粉，占其干重的70％左右，菊粉在菊粉酶作用下水解成果糖，果糖可直接利用于產(chǎn)生乙醇;這些優(yōu)點(diǎn)使菊芋成為很有潛力的生產(chǎn)乙醇的經(jīng)濟(jì)作物。目前國(guó)內(nèi)外的研究中，主要是利用提純后的純菊粉或者菊芋塊莖浸提液發(fā)酵生產(chǎn)乙醇，由于該過(guò)程中原料加工復(fù)雜、原料利用率低下，導(dǎo)致生產(chǎn)成本極高，很難適合工業(yè)化生產(chǎn)。針對(duì)上述難題，本文利用一株能夠分泌菊粉酶同步糖化發(fā)酵

2、菊粉生產(chǎn)乙醇的釀酒酵母工程菌株S.cerevisiae6525，對(duì)直接以菊芋塊莖干粉為原料進(jìn)行同步糖化發(fā)酵生產(chǎn)乙醇過(guò)程開(kāi)展相關(guān)研究;并獲得如下結(jié)果。
　　1、發(fā)酵培養(yǎng)基的處理和補(bǔ)料方案研究
　　由于發(fā)酵培養(yǎng)基中主要成分是菊芋塊莖干粉，容易造成培養(yǎng)基粘稠的問(wèn)題，不利于發(fā)酵進(jìn)行。通過(guò)對(duì)培養(yǎng)基進(jìn)行121℃蒸煮20 s的原料預(yù)處理，結(jié)合初始干粉濃度240 g/L，24 h和48 h兩次等量補(bǔ)充干粉濃度分別至270 g/L和300g/

3、L的批式補(bǔ)料方案，可以較好地解決發(fā)酵培養(yǎng)基由于粘稠而無(wú)法高濃度發(fā)酵生物乙醇的難題，為直接利用菊芋塊莖干粉高濃度發(fā)酵生物乙醇提供了可行性。
　　2、菊芋塊莖干粉乙醇發(fā)酵條件優(yōu)化
　　為得到適用于發(fā)酵罐發(fā)酵的工藝條件，在250 ml搖瓶體系中進(jìn)行批式補(bǔ)料發(fā)酵實(shí)驗(yàn)，通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)對(duì)部分發(fā)酵條件進(jìn)行了優(yōu)化，確定最佳初始發(fā)酵培養(yǎng)基配方為:菊芋塊莖干粉240 g/L，酵母粉10g/L。最佳發(fā)酵條件為:接種量10％，裝液量50％，初始pH

4、4.5，培養(yǎng)溫度34℃，搖床轉(zhuǎn)速180 rpm。在5L發(fā)酵罐中對(duì)該發(fā)酵條件進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果經(jīng)發(fā)酵72 h后，發(fā)酵液中乙醇濃度達(dá)到84.3 g/L，乙醇產(chǎn)率為88.6％。
　　3、菊芋塊莖干粉乙醇發(fā)酵中試放大研究
　　在搖瓶最優(yōu)發(fā)酵條件的基礎(chǔ)上，于5L發(fā)酵罐中針對(duì)攪拌轉(zhuǎn)速和通氣量?jī)蓚€(gè)因素進(jìn)行優(yōu)化，獲得最佳發(fā)酵條件為:接種量10％，裝液量50％，初始pH4.5，培養(yǎng)溫度34℃，攪拌轉(zhuǎn)速220 rpm，通氣量0 vvm。在該條件下

5、，經(jīng)過(guò)72 h發(fā)酵，乙醇濃度達(dá)到88.0 g/L，乙醇產(chǎn)率為92.6％。
　　基于5L發(fā)酵罐的發(fā)酵結(jié)果，分別在50 L和500 L發(fā)酵罐中進(jìn)一步進(jìn)行了放大實(shí)驗(yàn)。在50 L發(fā)酵罐體系中，發(fā)酵72 h后達(dá)到發(fā)酵終點(diǎn)，發(fā)酵液中乙醇濃度達(dá)到85.67g/L，乙醇產(chǎn)率為90.1％，整體發(fā)酵趨勢(shì)與5L發(fā)酵罐中基本相同。
　　在500 L發(fā)酵罐體系中，發(fā)酵罐攪拌裝置對(duì)發(fā)酵培養(yǎng)基的攪拌效果不如小型發(fā)酵罐，發(fā)酵終點(diǎn)推遲至84 h，發(fā)酵液中乙醇