高浓玉米秸秆碱法预处理及半同步糖化发酵生产乙醇的工艺研究

为实现玉米秸秆高效转化可发酵糖,提升玉米秸秆生产纤维素乙醇竞争力,对碱过氧化氢法预处理后高浓玉米秸秆半同步糖化发酵生产燃料乙醇的工艺进行了研究。建立底物浓度与酶解糖得率关系模型,以确定适宜的底物浓度。向预处理后的玉米秸秆中添加吐温20,考察其酶解过程特性,确定吐温20最适添加量。结果表明,酶解最适条件为:底物质量浓度200 g/L,吐温20添加量8%(ω)。在该条件基础上,对酵母种龄、吐温20对酵母发酵影响、半同步糖化发酵预酶解时间、半同步糖化发酵的时间、发酵温度进行了研究,确定了半同步糖化发酵的工艺条件为:种龄16 h,吐温20添加量5%(ω),预酶解时间9 h,半同步糖化发酵时间7 d,温度34℃。在最佳条件下,发酵7 d后,乙醇浓度达到23. 64 g/L,乙醇转化率达到76. 54%,较对照组(不添加吐温20)转化率提升3. 41%。该工艺条件下能实现高浓玉米秸秆高效转化可发酵糖及乙醇的目的。     

常压甘油有机溶剂预处理甘蔗渣的浓醪酶解

为了实现木质纤维素浓醪酶解在低酶载量时的"三高"(高浓度、高转化率和高转化效率),通过利用常压甘油有机溶剂预处理甘蔗渣为底物,筛选合适的基质质量浓度(150 g/L)、纤维素酶添加量(6 FPU/g基质)和添加剂(吐温80,30 mg/g基质)。接着采用分批补料策略使基质质量浓度达到350 g/L,考察了不同加酶方式对分批补料浓醪酶解的影响。酶解72 h酶解液葡萄糖质量浓度达到132 g/L,葡萄糖转化率达到了理论值的60%。结果表明,常压甘油有机溶剂预处理基质具有较好的可酶解性,添加吐温80可以显著提高酶解效率。常压甘油有机溶剂预处理甘蔗渣的分批补料浓醪酶解推动了纤维素乙醇浓醪发酵工业化进程。     

甘蔗渣在添加剂和辅助酶作用下的浓醪酶解糖化

纤维质水解产糖的成本高昂是目前纤维素乙醇生产工业化的瓶颈性问题,所以底物在低酶用量条件下浓醪水解糖化的研究值得探讨。该文尝试采用添加剂和辅助酶强化酶解过程,开展分批补料式浓醪底物水解糖化的研究。以碱催化常压甘油有机溶剂预处理甘蔗渣为底物,实验通过单因素和正交实验确定添加剂浓度为:10 mg/g干基的BSA、25 mg/g干基的吐温20及10 mg/g干基茶皂素,确定木聚糖酶添加量0. 6 mg/g干基。为达到总基质浓度350 g/L,实验确立初始基质浓度190 g/L,分别于7 h、10 h及13 h分别补料60、50及50 g/L。该酶解体系在6 FPU/g干基质条件下酶解48 h的可发酵性糖接近220 g/L,葡萄糖和木糖质量浓度分别高达160. 7 g/L和58. 7 g/L。分批补料策略依然是实现基质浓醪水解的理想方式,使用添加剂及辅助酶能显著促进纤维基质的浓醪酶解,这为后续纤维素乙醇浓醪发酵提供可能。     

以刚毛藻为原料制备生物乙醇的技术研究

研究了以刚毛藻为原料制备生物乙醇的工艺.结果表明,刚毛藻预处理条件为:刚毛藻与2％(w/v)氢氧化钠混合,85℃反应80 min;酶解条件:藻粉质量浓度35g/L,纤维素酶用量80 U/g底物,加入5 g/L Tween-80,此时酶解率为61.74％;在30℃下培养40 h,发酵液中乙醇质量浓度为12.15 g/L,转化率42.63％,达到乙醇理论转化率的83.42％.     

酶法糖化海带及其乙醇发酵的初步研究

以海带为原料,研究前处理和双酶法糖化对海带中糖类物质溶出的影响,并对海带水解液进行乙醇初步发酵实验。实验结果表明:粒径为100目、浓度为5%(w/v)海带粉比较适合后续酶解糖化;用褐藻胶裂解酶和纤维素酶共同水解海带可以使其溶出较多糖类物质,约占海带干重的38%,其中甘露醇和可溶性总糖含量分别为17.8%和20.2%;利用毕赤酵母和棕榈发酵细菌发酵海带水解液,得到最大乙醇浓度分别为4.57 g/L(5.8mL/L)和2.68 g/L(3.4 mL/L),最大乙醇浓度达到理论转化率的28.99%。     

木薯渣分批补料酶水解及酒精发酵的研究

木薯渣是木薯淀粉加工后的废弃物,碳水化合物含量高。实验利用复合酶对木薯渣中淀粉和纤维素等碳水化合物非热水解进行了探索,结果表明:木薯渣具有较好的酶解性能;随着底物浓度的增大,酶解液糖浓度也不断提高,酶解得率逐渐降低;与间歇糖化工艺相比,16%底物在相同的水解条件和相同的酶添加量的条件下,采用4%的起始底物浓度,每隔12 h进行补料,葡萄糖得率从53.6%提高到72.4%;以不添加任何营养物质的水解液为原料进行酒精发酵,24h乙醇浓度达到24.9 g/L,乙醇得率达到42%,发酵效率为82%,乙醇产率达到1.04 g/(L.h),葡萄糖利用率达到97%。     

利用SSF制取纤维乙醇的工艺研究

利用同步糖化发酵（SSF）技术,以汽爆玉米秸秆为主要原料,对纤维乙醇的发酵工艺进行研究。玉米秸秆经蒸汽爆破预处理后,酶解得率增大到85.0%。进一步利用Box-Behnken实验设计方法,选取酶用量、发酵温度和发酵时间为影响乙醇产率的主要因素,通过响应面分析得到了较优的工艺条件：底物浓度15%（w/v）,酶用量35FPU/g（底物）,发酵温度37℃,发酵时间90h。在优化的工艺条件下,乙醇浓度为42.2g/L,达到理论产量的82.6%。和分步糖化发酵（SHF）工艺结果比较,SSF具有更高的生产效率。     

纤维素原料生产酒精糖化工艺的研究

以玉米秸秆为原料研究稀酸预糖化-酶糖化法发酵生产酒精的工艺,考察了工艺条件对纤维素出酒率的影响。稀酸预糖化具有打破秸秆结构的效果,但会伴随纤维素的损失,为了提高纤维素利用率,必须优选最佳工艺条件,经试验确定：预糖化过程固液比1∶9,硫酸浓度1.5％(w/w,与原料质量比,下同),140℃条件下预糖化1.5h;酶糖化过程底物浓度25%,pH5.0±0.1,加入1%的纤维素酶,糖化时间72h;此工艺条件纤维素糖化率可达83.82%。该条件酶糖化液发酵生产酒精,纤维素出酒率可达40.69%,发酵液酒精浓度6.20%vol。     

温和碱法预处理甘蔗渣分步糖化乙醇发酵的研究

甘蔗渣是制糖工业的主要废弃物,因其来源广泛,纤维素含量高而成为一种重要的可再生生物资源。本文在对甘蔗渣成分分析的基础上,研究了温和碱法预处理甘蔗渣分步糖化乙醇发酵工艺。甘蔗渣经温和碱法预处理后采用分步糖化发酵来生产乙醇,正交设计试验表明影响甘蔗渣酶解的显著因素为酶添加量,并得到最优酶解条件:酶添加量为25 FPU/g甘蔗渣,温度为50℃,初始pH为4.9。在优化条件下,预处理甘蔗渣的酶解效率可达到74.26%。在甘蔗渣水解液中补加一定营养物后,适合酵母的生长和乙醇的发酵,发酵96 h时,乙醇产量达到39.79 g/L,发酵效率为82.70%,乙醇得率为0.48 g/g。本研究证实了温和碱法预处理甘蔗渣水解液发酵生产乙醇的可行性,为甘蔗渣预处理及用作乙醇发酵原料奠定了坚实的基础。     

酸预处理麦秆半同步和同步糖化发酵制乙醇条件优化

麦秆首先进行盐酸预处理,然后以盐酸预处理麦秆为底物通过正交实验优化了底物半同步和同步糖化发酵制乙醇条件。利用XRD对原料、酸预处理麦秆和发酵麦秆的结构特征进行分析。结果表明:盐酸预处理的麦秆半同步糖化发酵制乙醇的最佳条件为发酵温度36℃、酵母接种量0.1%、酶质量浓度0.8 g/L和发酵时间2 d,此时乙醇含量为19.16 g/L;盐酸预处理的麦秆同步糖化发酵制乙醇的最佳条件为发酵温度39℃、酵母接种量0.1%、酶质量浓度0.5 g/L和发酵时间4 d,此时乙醇含量为19.44 g/L;同步糖化发酵优于半同步糖化发酵;XRD分析表明酸预处理和发酵后,麦秆的结晶度降低。