利用玉米秸稈生產(chǎn)生物丁醇及其分離純化.pdf

1、可再生木質(zhì)纖維素生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成生物燃料和增值產(chǎn)品在全球獲得了顯著的地位。生物質(zhì)能是一種可持續(xù)的、再生的廉價(jià)原料，但是生物質(zhì)能源的利用率很低，大部分被閑置或焚燒，引起的環(huán)境污染問題越來越越受到人們的重視。木質(zhì)纖維素是由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素三部分組成。木質(zhì)纖維素生物質(zhì)轉(zhuǎn)化主要分為5個(gè)步驟，生物質(zhì)的選擇，生物質(zhì)預(yù)處理，酶水解，丙酮丁醇(ABE)發(fā)酵及其分離，其中生物質(zhì)的預(yù)處理，酶成本以及丁醇的產(chǎn)率都制約著生物質(zhì)的轉(zhuǎn)化。通過對預(yù)處理、酶水解和

2、發(fā)酵條件的優(yōu)化，增加生物質(zhì)的利用率和丁醇產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本。
　　為了改善酶水解效果和丁醇產(chǎn)率，分別考察了2％ NaOH、1.5％ H2SO4、蒸汽爆破、蒸汽爆破與2％ NaOH或1.5％ H2SO4聯(lián)用對玉米秸稈的預(yù)處理效果。分別對預(yù)處理的玉米秸稈進(jìn)行組分分析以及酶水解的還原糖分析。這幾種預(yù)處理方法中2％ NaOH預(yù)處理的玉米秸稈的木質(zhì)素去除率達(dá)到81.7％，酶水解率為70.5％，還原糖濃度、葡萄糖以及木糖濃度分別為67.2 g

3、/L，49.8 g/L，17.4 g/L。相對于其它幾種方法，2％ NaOH預(yù)處理效果是最優(yōu)的。雖然蒸汽爆破與2％ NaOH或1.5％稀H2SO4聯(lián)用預(yù)處理效果稍好，但是過程復(fù)雜且成本增加。
　　用2％ NaOH預(yù)處理的玉米秸稈進(jìn)行的酶水解。分別對酶種類、檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液濃度、酶用量以及底物濃度進(jìn)行了考察。結(jié)果表明，酶用量為20 FPU/g，底物濃度為10％時(shí)，最適于ABE發(fā)酵。檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液會(huì)對纖維素酶（國產(chǎn)）的酶

4、水解產(chǎn)生影響，當(dāng)檸檬酸鹽濃度為0.02 mol/L時(shí)，酶水解率為27％，當(dāng)檸檬酸鹽濃度達(dá)到0.06mol/L時(shí)，水解率達(dá)到了60.6％，緩沖溶液濃度高于0.06 mol/L時(shí)，酶水解率將不再有太大的變化，檸檬酸鹽濃度對酶（諾維信）水解沒有影響。
　　考察了檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液和酶用量對ABE發(fā)酵的影響。酶用量為20 FPU/g(預(yù)處理的物料)，還原糖濃度、丁醇產(chǎn)量以及生產(chǎn)成本是最佳的。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，葡萄糖培養(yǎng)基中的檸檬酸鹽濃度為

5、0.01 mol/L時(shí)，丁醇的濃度為9.1 g/L。當(dāng)檸檬酸鹽濃度增加到0.08 mol/L時(shí)，菌體不能生長。檸檬酸鹽主要是通過降低細(xì)胞內(nèi)pH和質(zhì)子動(dòng)力，改變細(xì)胞膜的通透性，來抑制C.beijerinckii BA101生長。以檸檬酸-檸檬酸鈉的緩沖液的酶（國產(chǎn)尤特爾）水解液為培養(yǎng)基時(shí)，緩沖液濃度為0.04 mo/L，丁醇產(chǎn)量最佳，發(fā)酵60 h后，丁醇濃度達(dá)到7.7 g/L。以檸檬酸-檸檬酸鈉的緩沖液的酶（諾維信）水解液為培養(yǎng)基中，檸檬

6、酸鹽緩沖液濃度為0.03 mol/L，發(fā)酵60 h后，丁醇和ABE的最大產(chǎn)量分別為11.2 g/L、19.7 g/L。
　　用實(shí)際的發(fā)酵液為原料液進(jìn)行蒸汽滲透實(shí)驗(yàn)，發(fā)酵液中包含了11.2 g/L的丁醇，7.5g/L的丙酮，1.1 g/L的乙醇，體積為75 ml，發(fā)酵液的原液是檸檬酸鹽為0.03 mol/L的酶水解液。蒸汽滲透分離側(cè)的產(chǎn)物含有153.5 g/L的ABE和100.4 g/L的丁醇。以10g/L的丁醇，5g/L的丙酮，1