以菊芋為原料同步糖化發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇研究.pdf

1、菊芋是多年生草本植物,具有耐干旱、耐貧瘠、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn),可生長于沙漠、荒山等各種土壤條件下,而且種植簡易,產(chǎn)量極高(3-5噸/畝),是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ姆羌Z作物。菊芋主要成分是菊粉,占其干重的80％左右。菊粉在菊粉酶作用下水解成果糖,果糖可被釀酒酵母直接利用產(chǎn)生乙醇。以菊芋等非糧作物為原料發(fā)酵生產(chǎn)乙醇已成為燃料乙醇產(chǎn)業(yè)新的研究方向。目前,以菊芋為原料發(fā)酵生產(chǎn)乙醇主要有兩種方法,即分步糖化發(fā)酵法和同步糖化發(fā)酵法。與分步糖化發(fā)酵法相比

2、,同步糖化發(fā)酵法可實(shí)現(xiàn)一個(gè)菌種,一步發(fā)酵產(chǎn)乙醇,既簡化了發(fā)酵工藝,又可節(jié)約菌種培養(yǎng)成本,具有巨大優(yōu)勢。
　　 為了篩選出酶活力高,發(fā)酵性能好的釀酒酵母菌株,本試驗(yàn)測定了6株釀酒酵母(31009、31133、1446、1416、1575、安琪)的菊粉酶活,并比較了其乙醇發(fā)酵能力。結(jié)果表明,釀酒酵母安琪的菊粉酶活最高,為11.46 U/mL。其乙醇發(fā)酵能力也為最高,發(fā)酵完成后,乙醇濃度為50.38g/L。釀酒酵母安琪的菊粉酶活與產(chǎn)乙

3、醇能力正相關(guān)。
　　 由于安琪釀酒酵母的菊粉酶活較低,不能滿足工業(yè)生產(chǎn)要求。本試驗(yàn)進(jìn)行了紫外和微波復(fù)合誘變,選育出一株菊粉酶活力較高的菌株Y05,其菊粉酶活達(dá)到了90.97U/mL,是出發(fā)菌株的8倍。Y05菌株進(jìn)行菊粉乙醇發(fā)酵,乙醇濃度達(dá)到了71.78g/L,比未誘變菌株提高了42.48％,效果顯著。經(jīng)遺傳穩(wěn)定性試驗(yàn)表明Y05的遺傳性狀穩(wěn)定。
　　 本試驗(yàn)還對Y05的菊芋汁乙醇發(fā)酵條件進(jìn)行了研究,結(jié)果表明,Y05的最適發(fā)

4、酵條件為:菊粉濃度20％(w/v),發(fā)酵溫度34℃,pH值4.0,接種量為15％。此外,高濃度菊粉不存在底物抑制作用。種子液制備方法對乙醇發(fā)酵影響顯著,種子培養(yǎng)基中添加2％的菊粉有利于Y05誘導(dǎo)產(chǎn)酶。試驗(yàn)過程中還發(fā)現(xiàn),外加氮源中,玉米漿、(NH4)2SO4對乙醇發(fā)酵有顯著促進(jìn)作用,尿素、NH4Cl的抑制作用明顯。發(fā)酵促進(jìn)劑中,生物素、吐溫20、油酸對乙醇發(fā)酵有促進(jìn)作用,而硬脂酸有抑制作用。試驗(yàn)中還研究了外加鹽離子對乙醇發(fā)酵的影響,結(jié)果表

5、明,添加Ca2+、Mg2+、Se4+對乙醇發(fā)酵有促進(jìn)作用,其中Ca2+、Mg2+促進(jìn)作用顯著,I-對乙醇的生成有顯著的抑制作用。當(dāng)乙醇發(fā)酵培養(yǎng)基成分為:菊芋汁濃度236.09g/L,玉米漿5.0 g/L、(NH4)2SO45.0 g/L,生物素1.0×10-4g/L、吐溫201.5g/L、油酸0.5 g/L,CaCl24.0×10-2g/L、MgSO40.5g/L,Na2SeO32.0×10-2g/L；發(fā)酵條件為:發(fā)酵溫度34℃,pH4