水葫芦和甘草渣生产乙醇的工艺研究

摘要

水葫芦和甘草渣是近年来急剧增多的木质纤维素类废弃物。它们的大量堆积破坏了环境和生态平衡，同时造成了资源的浪费。本论文对以二者为原料制取燃料乙醇的工艺进行了系统研究，主要结果如下：
　　 在对水葫芦和甘草渣成分研究的基础上，采用不同的酸碱预处理方法比较得出适合水葫芦的理化预处理方法是酸处理，适合甘草渣的理化预处理方法是碱处理。
　　 对水葫芦的酸处理和甘草渣的碱处理分别进行了优化实验，得到水葫芦酸预处理的最佳条件为：0.25%的H2SO4 以1:10的固液比100℃反应60min，在此条件下，水葫芦的还原糖转化率达到了21.40%；甘草渣碱预处理的最佳条件为：1%NaOH 以1:1 0的固液比在25℃反应90min，在此条件下，甘草渣的还原糖转化率为37.55%。
　　 为进一步降低成本和减少对环境的污染，引入了担子菌的预处理。对水葫芦来说，较为有效的担子菌预处理方案为：Antrodia monicda 5898 或Fomitopsis sp.IMER2预处理10d；或者是经Echinodontium taxodii 2538 预处理20d。对于甘草渣来说，较为有效的担子菌预处理方案为：毛木耳预处理15d。经最佳担子菌预处理后的物料的还原糖转化率都高于未经担子菌处理的空白对照。
　　 在前面研究的基础上，尝试将理化预处理和担子菌预处理有机结合。优化得到水葫芦的最佳担子菌/理化预处理方法：先经Echinodontium taxodii 2538 处理10d 再用0.25%的硫酸以1:10的固液比100℃反应60min，相对于仅经相同条件的稀硫酸处理的水葫芦来说，水葫芦的总转化率提高了11.7%。甘草渣最佳的担子菌/理化预处理条件为先经Echinodontium taxodii2538 或毛木耳处理15d，再用0.4%的NaOH 于40℃反应2h。
　　 最后进行了水葫芦和甘草渣同步酶解糖化发酵乙醇的条件优化实验。得到：经Echinodontium taxodii 2538 处理10d 再用0.25%的硫酸以1:10的固液比100℃反应60min的水葫芦的同步糖化发酵的最佳条件为：pH=4，接种量为0.8%，发酵底物浓度为30g/L，发酵时间为96h。在此条件下，水葫芦的乙醇转化率为5.90%（考虑质量损失），相对于只经过稀酸预处理的水葫芦提高了15.4%；先经毛木耳处理15d，再用0.4%的NaOH 在40℃反应2h的甘草渣同步糖化发酵的最佳条件为：pH=3，发酵底物浓度为30g/L，发酵时间为24h，纤维素酶负荷为50FPU/g。在此条件下，甘草渣的乙醇转化率为5.14%（考虑质量损失）。相对于仅经稀NaOH 预处理的甘草渣提高了7.3%。同时证明了担子菌的引入不会对后期的酵母发酵产生负面影响。
　　 本论文初步优化出了以水葫芦和甘草渣为原料制取燃料乙醇的工艺路线。不仅为纤维质乙醇的生产提供了新的途径，且实现了水葫芦和甘草渣的资源化利用，具有巨大的环境效益和经济效益，同时可为其它同类生物质制取燃料乙醇提供借鉴。