乙醇同步糖化發(fā)酵動(dòng)力學(xué)模型的研究.pdf

1、酒精作為現(xiàn)代食品、醫(yī)藥和化工工業(yè)用原料，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。自20世紀(jì)70年代世界上連續(xù)發(fā)生了兩次石油危機(jī)以來(lái)，酒精作為一種新型生物能源更備受到各個(gè)國(guó)家重視。同步糖化發(fā)酵工藝將糖化過(guò)程和發(fā)酵過(guò)程兩個(gè)工序結(jié)合到一塊，和傳統(tǒng)發(fā)酵工藝相比，減少了工段，降低了整體發(fā)酵時(shí)間，從而降低了能耗，大大提高了乙醇生產(chǎn)效率。乙醇同步糖化發(fā)酵動(dòng)力學(xué)的研究有助于人們更好的認(rèn)識(shí)同步糖化發(fā)酵過(guò)程，為工業(yè)的放大及生產(chǎn)操作條件的優(yōu)化提供理論基礎(chǔ)。糖化酶的酶解動(dòng)力

2、學(xué)已經(jīng)有許多研究報(bào)道，乙醇發(fā)酵的動(dòng)力學(xué)的研究報(bào)道也很多，但同時(shí)糖化和發(fā)酵的動(dòng)力學(xué)研究還罕見(jiàn)報(bào)道。本文根據(jù)糖化酶在乙醇同步糖化發(fā)酵實(shí)驗(yàn)過(guò)程中表現(xiàn)出的菌體生長(zhǎng)、乙醇生成和底物消耗規(guī)律，建立了乙醇同步糖化發(fā)酵還原糖消耗動(dòng)力學(xué)模型。
　　 文中對(duì)糖化酶酶解過(guò)程中的產(chǎn)物抑制現(xiàn)象、酶失活現(xiàn)象進(jìn)行了研究。通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定了同步糖化發(fā)酵條件(40℃、pH4.5)下糖化酶酶反應(yīng)中，米氏常數(shù)為1.489mg·mL-1，產(chǎn)物抑制常數(shù)為0.199mg·mL

3、-1。由酶解反應(yīng)方程推導(dǎo)得到了乙醇同步糖化發(fā)酵還原糖生成動(dòng)力學(xué)模型。
　　 分析了乙醇同步糖化發(fā)酵過(guò)程中菌體生長(zhǎng)、產(chǎn)物生成和底物消耗隨時(shí)間的變化關(guān)系及特點(diǎn)，討論了溶氧(DO)含量、pH、溫度對(duì)酒精發(fā)酵中乙醇生成過(guò)程的影響及料水比對(duì)乙醇收率的影響。
　　 對(duì)Logistic模型進(jìn)行修正，重新規(guī)定了Logistic模型中比生長(zhǎng)速率的參照物，將原來(lái)的參照物菌體濃度項(xiàng)定義為乙醇含量項(xiàng)，得到了同步糖化發(fā)酵產(chǎn)物生成動(dòng)力學(xué)模型。利用修

4、正的Logistic模型對(duì)初始料水比為1:4.0、1:3.5、1:3.0、1:2.5的同步糖化發(fā)酵實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合。得到理論最大乙醇濃度Pmax數(shù)值范圍在68.88～87.79g/L，與實(shí)驗(yàn)中最大乙醇濃度基本一致相對(duì)誤差都在7％以下。
　　 通過(guò)線性擬合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、經(jīng)典公式參數(shù)計(jì)算、Matlab擬合計(jì)算等方式對(duì)建立的同步糖化發(fā)酵還原糖消耗動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)進(jìn)行求解，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證。從預(yù)測(cè)結(jié)果來(lái)看，所建立的還原糖消耗動(dòng)力學(xué)