能源甜菜发酵生产酒精的条件优化

摘要

实验分三部分对能源甜菜原料生产酒精的工艺进行了研究，第一部分为固态发酵，主要研究了影响固态发酵的各个单因素。第二部分为固定化发酵，重点研究了利用壳聚糖-海藻酸钠做为固定化载体时，固定化酵母菌种的制备条件以及固定化酵母菌种的最佳发酵条件。第三部分是通过响应面法对南阳酿酒酵母菌种CICC1308-1的固定化发酵培养基进行优化。通过以上实验，筛选出最适的发酵酒精的菌种，并选择最佳的发酵方式，最大限度的提高酒精产率，进一步为工业化生产提供依据。
　　首先，确定了能源甜菜固态发酵生产酒精的最佳条件:
　　在对发酵培养基灭菌后，添加10g/L的KH2PO4，发酵温度为30～31℃，发酵时间为40 h左右，接菌量为15-20 mL之间，初始pH为自然pH，料水比1∶3.0时，发酵的效果比较好，酒精转化率最高。ADY菌种活化时间60～90 min之间，0.10％（质量分数）的ADY使用量是合理的，能够达到理想的酒精转化率。虽然纤维素酶的使用对能源甜菜的浓醪发酵有一定的促进作用，但是综合考虑到纤维素酶的使用将增加能源甜菜发酵生产成本的因素，本工艺不选择将纤维素酶作为提高酒精产率的手段。
　　其次，在利用壳聚糖-海藻酸钠作为固定化载体固定酿酒酵母进行发酵研究中，得出壳聚糖-海藻酸钠固定化小球的制备优化工艺条件为:海藻酸钠浓度为4％、固定化时间为4h、壳聚糖浓度为0.9-1.2％和覆膜时间为20 min，此条件下固定化小球硬度最大。研究表明壳聚糖-海藻酸钠固定化小球具有良好的耐泡性，耐热性。壳聚糖-海藻酸钠固定化小球进行酒精发酵时的单因素发酵条件为:海藻酸钠浓度为4％，最适温度在30℃～35℃之间，填充量选择0.25g/mL，壳聚糖浓度最适量可以选择0.9％，这样的发酵效果最好，酒精转化率最高。在此条件下将包含有酿酒酵母菌种的壳聚糖-海藻酸钠固定化小球放入发酵罐中发酵，结果表明固定化载体可以保持酵母活力，重复使用，有利于运用在连续生产中。
　　第三，通过响应面法对南阳酿酒酵母菌种CICC1308-1的固定化发酵培养基进行优化研究得到如下结论:
　　(1)应用Plackett-Burman设计筛选出影响固定化发酵产酒精的主要因素为海藻酸钠浓度，底物浓度与发酵温度。
　　(2)响应面分析试验方法对固定化发酵酒精得出重要因素回归方程:Y1=84.5940-0.7565X1+0.1366X5-0.9020X8-0.3293 X1X1-0.2232X5X5+0.5591X8X8-0.1500X1X5-0.0250X1X8-0.1750X5X8(X1底物浓度;X5海藻酸钠浓度;X8发酵温度)即底物浓度为12％，海藻酸钠浓度为4％，发酵温度31℃。

目录

摘要

1 绪论

1．1 课题背景(或引言)

1．2 酒精生产的原料

1．3 能源甜菜的特性

1．3．1 甜菜的简介

1．3．2 能源甜菜的简介及其开发利用前景

1．3．3 能源甜菜种质的获得

1．4 世界燃料酒精的概况

1．4．1 巴西燃料酒精工业的发展概况

1．4．2 美国燃料酒精工业的发展概况

1．4．3 欧盟燃料酒精工业的发展概况

1．4．4 日本印度燃料酒精工业的发展概况

1．5 我国燃料乙醇的概况

1．5．1 我国燃料乙醇发展概况

1．5．2 我国燃料乙醇生产的相关政策

1．6 我国燃料乙醇生产中存在的问题

1．7 固态发酵技术的介绍

1．7．1 固态发酵简介

1．7．2 固定化发酵技术的研究

1．7．3 发酵工艺参数优化的方法

1．8 本课题研究的内容与创新点

1．8．1 本课题研究的内容

1．8．2 本课题研究的创新点

2 能源甜菜固态发酵生产酒精的条件优化

2．1 引言

2．2 实验材料

2．2．1 实验材料

2．2．2 主要仪器

2．2．3 主要药品及酶制剂

2．3 实验方法

2．3．1 用苯酚-浓硫酸法测定总糖含量

2．3．2 用DNS法测定还原糖含量

2．3．3 水分测定

2．3．4 酒精浓度的测定

2．3．5 ADY的活化

2．3．6 南阳混合酿酒酵母的增殖培养

2．4 实验结果及讨论

2．4．1 能源甜菜块根中水分与含糖量的测定

2．4．2 灭菌与否对能源甜菜固态发酵酒精的影响

2．4．3 不同底物状态发酵结果

2．4．4 不同温度发酵结果

2．4．5 不同接菌量发酵结果

2．4．6 初始pH值对能源甜菜固态发酵酒精的影响

2．4．7 不同料水比对发酵结果的影响

2．4．8 ADY使用量的研究

2．4．9 最适发酵时间筛选试验

2．4．10 营养盐添加对能源甜菜产酒精的影响

2．4．11 加少量酶对能源甜菜固态发酵酒精的影响

本章小结

3 固定化酵母发酵生产酒精的条件优化

3．1 引言

3．2 实验材料与方法

3．2．1 主要仪器

3．2．2 药品和试剂

3．2．3 培养基

3．2．4 酒精发酵工艺流程

3．3 试验方法

3．3．1 麦芽汁培养基的配制

3．3．2 菌悬液的制备

3．3．3 固定化

3．3．4 发酵罐中试试验

3．4 检测方法

3．4．1 残糖测定

3．4．2 包埋菌数测定

3．4．3 酒精度的测量

3．4．4 固定化颗粒硬度的测定

3．4．5 固定化小球传质性能的测定

3．4．6 固定化小球成型速度的测定

3．5 实验结果与分析

3．5．1 酵母固定化与游离酵母发酵酒精的比较

3．5．2 工艺条件对小球硬度的影响

3．5．3 壳聚糖-海藻酸钠固定化小球性能的研究

3．5．4 固定化发酵单因素实验研究

3．6 本章小结

4 发酵工艺参数优化实验

4．1 引言

4．2 实验材料与方法

4．2．1 实验材料

4．2．2 实验方法

4．3 实验结果与讨论

4．3．1 发酵培养基关键影响因素的确定

4．3．2 响应面法实验优化发酵培养基

4．3．3 响应面立体图

4．4 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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