马铃薯皮渣微生物发酵燃料乙醇的研究

摘要

马铃薯皮渣是马铃薯淀粉工业的副产物，主要成分是纤维素、半纤维素、淀粉、果胶以及少量蛋白质。由于不易储存、运输，腐败变质后会产生恶臭，容易造成资源浪费和环境污染，故马铃薯皮渣的综合利用已成为国家和马铃薯淀粉业亟待解决的重要问题。本文以马铃薯皮渣为原料，采取微生物发酵的方式生产燃料乙醇，这样既减少了有限的粮食资源的消耗，又在开发新能源和环境保护方面也具有重要的经济效益和社会效益。主要研究内容和结果如下：
　　 (1)研究水洗处理对马铃薯皮渣水解的影响。结果表明，水洗马铃薯皮渣和未水洗马铃薯皮渣基本成分含量不变；比较水洗前后马铃薯皮渣的酶解效果，水洗后酶解其还原糖含量提高了40%，葡萄糖含量提高了90%。
　　 (2)比较了微波、超声波、高温蒸煮三种不同的热预处理方法对马铃薯皮渣酶解的影响。结果表明，三种热预处理方法都能有效提高马铃薯皮渣的酶解效果，影响效果大小依次为：微波>高温蒸煮>超声波。
　　 (3)比较了安琪酵母、酒香酵母、酿酒酵母三种不同的菌种发酵马铃薯皮渣糖化液产乙醇的能力，结果表明，安琪酵母的乙醇发酵能力最好，乙醇产率最高，为0.15mL/g；残糖量最低，为6.78mg/mL。因此选择安琪酵母作为后续马铃薯皮渣发酵菌种。
　　 (4)进行了马铃薯皮渣分步糖化发酵工艺和同步糖化发酵工艺，通过单因素优化实验得出，马铃薯皮渣分步糖化最佳发酵工艺为：固液比1:15、接种量3mL、0.8%蛋白胨作为氮源、35℃发酵20h，此时乙醇得率为0.18 mL/g，残糖量为4.91mg/g；马铃薯皮渣同步糖化发酵最佳工艺为：固液比1:15、接种量2mL、0.8%蛋白胨作为氮源、pH5.0、38℃发酵28h，此时乙醇得率为0.21mL/g，残糖量为1.93 mg/g。结论：1、同步糖化发酵乙醇产率高，是分步糖化发酵的1.17倍；2、同步糖化发酵周期短，同步糖化发酵乙醇总耗时为40h，分步糖化发酵乙醇总耗时为80h；3、同步糖化发酵生物接种量少，同步糖化发酵安琪酵母接种量为2mL，而分步糖化发酵安琪酵母接种量为3mL。
　　 (5)通过对马铃薯皮渣同步糖化发酵产乙醇的研究，构建了发酵动力学模型，其模型为：菌体生长模型：dX/dt=0.138943(1-X/0.617919)X；酒精形成模型：dP/dt=0.056401dX/dt-0.000421X；底物消耗模型：dS/dt=0.414181dX/dt+13.755408dP/dt+1.447889X。该模型为自动化控制以及工业化生产提供依据。

目录

文摘

英文文摘

第一章 文献综述

1 引言

2 马铃薯皮渣概况

2.1 马铃薯简介

2.2 马铃薯皮渣性能

2.3 马铃薯皮渣的综合利用

3 燃料乙醇的发展概况

3.1 燃料乙醇在国外的发展概况

3.2 燃料乙醇在国内的发展概况

4 马铃薯皮渣生产燃料乙醇的研究

4.1 纤维素原料的预处理

4.2 淀粉质纤维素原料的酶法水解

4.3 纤维素原料发酵工艺研究进展

5 本课题的研究内容、创新点及技术路线

5.1 研究内容

5.2 创新点

5.3 技术路线

第二章 马铃薯皮渣前处理的研究

1 引言

2 材料与方法

2.1 实验材料

2.2 实验试剂

2.3 实验设备与仪器

2.4 实验方法

2.5 统计分析

3 结果与分析

3.1 标准曲线

3.2 前处理前后马铃薯渣主要成分比较

3.3 不同前处理对马铃薯皮渣酶解效果的影响

4 讨论

第三章 不同热预处理对马铃薯皮渣糖化效果的研究

1 引言

2 材料与方法

2.1 实验材料

2.2 实验试剂

2.3 实验设备与仪器

2.4 实验方法

2.5 统计分析

3 结果与分析

3.1 单因素试验及分析

3.2 最佳热预处理方式选择

4 讨论

第四章 利用马铃薯皮渣糖化液高产乙醇酵母菌株的筛选

1 引言

2 材料与方法

2.1 实验材料

2.2 实验试剂

2.3 实验设备与仪器

2.4 实验方法

2.5 统计分析

3 结果与分析

4 讨论

第五章 马铃薯皮渣产乙醇不同发酵方式的研究

1 引言

2 材料与方法

2.1 实验材料

2.2 实验试剂

2.3 实验设备与仪器

2.4 实验方法

2.5 统计分析

3 结果与分析

3.1 分步糖化发酵法产乙醇的研究

3.2 马铃薯皮渣同步糖化发酵产乙醇的研究

3.3 马铃薯皮渣分步糖化发酵与同步糖化发酵的比较

4 讨论

第六章 马铃薯皮渣同步糖化发酵产乙醇动力学研究

1 引言

2 材料与方法

2.1 实验材料

2.2 实验试剂

2.3 实验设备与仪器

2.4 实验方法

2.5 马铃薯皮渣产乙醇动力学模型

3 结果与分析

3.1 动力学方程参数的拟合

3.2 动力学模型的验证

4 讨论

第七章 结论与展望

1 主要结论

2 展望

参考文献

致谢