小麦秸杆乙醇发酵工艺研究

摘要

能源是现代社会赖以生存和发展的基础。日益严重的能源消费压力，迫使各国都在广泛关注生物质能源的发展。由于全球人口的膨胀，以粮食为原料生产燃料乙醇也只是暂时的，以非粮食为原料（如秸秆）生产生物乙醇的技术正在快速的发展，它既降低了环境的污染，又减少了粮食的消耗。但是目前仍然存在有许多因素，严重制约着生物燃料乙醇的规模化生产。
　　 本课题以农业废弃物——小麦秸秆作为发酵乙醇的原料，以减少稀酸水解液中的有毒物质，提高还原糖和乙醇的含量为目的，对小麦秸秆稀酸水解液脱毒工艺进行改进，对小麦秸秆葡萄糖水解液酶水解工艺，以及戊糖单独发酵、己糖单独发酵和戊糖己糖共同发酵工艺做了研究与分析，其结果如下：
　　 通过单因素试验得出改进后的小麦秸秆木糖水解液脱毒工艺的最佳条件为：按照20mg酸性蛋白酶/g小麦秸秆的量添加，在温度40℃，pH为3.5的情况下先加入酸性蛋白酶，作用10h后，再进行固液比为1:10的稀磷酸处理，然后用碳酸钙和活性炭结合脱毒，用碳酸钙中和到pH为4.5，沉淀时间为1.5h，脱毒温度为65℃:所用活性炭的固液百分数为1.5％，吸附温度为60℃，吸附时间为45min。旋转蒸发的温度应控制在75℃为宜。在此条件下：酚类脱除率为96.2％，糠醛几乎完全脱除，而且释放出的还原糖为38.3％，较仅通过碳酸钙和活性炭脱毒增加了8.5％的还原性糖。
　　 小麦秸秆葡萄糖水解液的酶法工艺采用酸性蛋白酶和纤维素酶先后处理，由于两种酶同时存在有一定的拮抗作用，因此，在加入纤维素酶之前酸性蛋白酶要被钝化。小麦秸秆葡萄糖水解液纤维素酶法工艺通过单因素和响应面试验得出其最佳工艺条件为：酸性蛋白酶钝化温度约为60℃，然后再加入纤维素酶，其添加酶量约为120mg/g秸秆，水解液所需pH环境用缓冲溶液调至4.7，在温度为50℃反应48h，在此条件下，其酶解率为70.11％。
　　 通过对菌种的研究试验得出：酒用活性干酵母在经过复水活化、液体培养后的生长情况要比只经过复水活化后的情况要好。研究了酒用活性干酵母和嗜单宁管囊酵母的对数生长期，分别为8h-12h和36h-48h。酒用活性干酵母和嗜单宁管囊酵母对初始糖浓度的利用极限值分别为80g/L和90g/L。并且酒用活性干酵母和嗜单宁管囊酵母的耐乙醇值分别为26％和12％。
　　 通过单因素和正交试验对木糖水解液发酵工艺进行优化，得出其最佳工艺条件为：接种量20％，温度30℃，pH5.0，摇床转速100r/min，初始糖浓度90g/L。在此条件下：乙醇产量为14.76g/L，乙醇产率为35.65％。
　　 通过单因素和正交试验对葡萄糖水解液发酵工艺进行优化，得出其最佳工艺条件为：接种量15％，温度35℃，pH5.0，初始糖浓度80g/L。在此条件下：乙醇产量为19.41g/L，乙醇产率为47.58％。
　　 混合水解液的优化发酵工艺通过单因素试验得出其最佳工艺条件为：pH4.5，发酵温度32℃，氮源含量即(NH4)2SO4为7.5g/L，水解液中葡萄糖与木糖的比例为2:1时（总还原糖为80g/L），酒用活性干酵母与嗜单宁管囊酵母比例为1:3，缓冲溶液为磷酸氢二钠-柠檬酸，以及先添加酒用活性干酵母，12h后添加嗜单宁管囊酵母，摇床转速80r/min。在此条件下：乙醇生成量为14.66g/L，乙醇得率为39.93％。