稻草分步和同步糖化發(fā)酵法生產(chǎn)乙醇的研究.pdf

1、纖維素類物質(zhì)是自然界中數(shù)量很大的可再生物質(zhì)，是生產(chǎn)乙醇的巨大資源，對解決未來能源問題，有著巨大的潛力。我國秸稈資源十分豐富，因此研究秸桿類物質(zhì)生產(chǎn)乙醇具有重要意義。該研究選用本實驗室分離篩選的一株糖化稻草能力強的鏈霉菌(Streptomyce.sp)菌株，對該菌株進(jìn)行了稻草發(fā)酵糖化條件優(yōu)化試驗；并對釀酒酵母(Saccharomycescerevisiae)、釀酒酵母As2.458(SaccharomycescerevisiaeAs2.4

2、58)、安琪酵母三株產(chǎn)乙醇酵母進(jìn)行了利用糖化稻草產(chǎn)乙醇的篩選試驗；利用鏈霉菌和安琪酵母對稻草的分步糖化發(fā)酵法和同步糖化發(fā)酵法產(chǎn)乙醇分別進(jìn)行了試驗研究，并利用SAS軟件優(yōu)化得到它們各自的最佳發(fā)酵條件，同時對稻草分步發(fā)酵法與同步發(fā)酵法產(chǎn)乙醇進(jìn)行了對比分析；最后對稻草固態(tài)同步糖化發(fā)酵法進(jìn)行了試驗研究，并得到了最佳產(chǎn)乙酵條件，與此同時對稻草的液態(tài)同步發(fā)酵法產(chǎn)乙醇與稻草固態(tài)同步發(fā)酵法產(chǎn)乙醇進(jìn)行了對比分析。研究結(jié)果如下： 1、通過單因素和

3、SAS二水平設(shè)計及響應(yīng)面分析，得到了鏈霉菌降解稻草產(chǎn)生還原糖的最佳條件：PB設(shè)計法篩選出影響其產(chǎn)糖量的顯著因素為：稻草粉添加量、pH和CaCl2添加量。BB設(shè)計法對這三個顯著因素響應(yīng)分析得最佳發(fā)酵條件為：稻草粉7.4％，麩皮3％，豆餅粉3％，玉米粉2％，KH2PO40.5％，CaCl20.73％，pH6.2，接種量2mL，37℃，發(fā)酵時間7天。實驗結(jié)果有良好的穩(wěn)定性，優(yōu)化后產(chǎn)糖量為31.32mg/mL，約為優(yōu)化前的1.5倍。

4、2、釀酒酵母、釀酒酵母As2.458、安琪酵母利用稻草水解糖產(chǎn)乙酵實驗中，安琪酵母產(chǎn)乙醇能力最高為5.217％(V/V)，殘?zhí)橇枯^低，為10.19mg/ml，因此選為后續(xù)研究所用產(chǎn)乙醇菌株。在研究補加氮源種類對安琪酵母利用糖化稻草產(chǎn)乙醇的影響試驗中，結(jié)果顯示，當(dāng)以硫酸銨為氮源時，產(chǎn)乙醇水平最高，為5.89％，殘余還原糖較低，為8.9mg/mL。因此選擇了硫酸銨為鏈霉菌糖化后補充添加的氮源。 3、對稻草分步糖化發(fā)酵法產(chǎn)乙醇條件進(jìn)

5、行的一系列單因素實驗及BB設(shè)計法優(yōu)化得到最佳發(fā)酵條件為：稻草粉7.4％，麩皮3％，豆餅粉3％，玉米粉2％，KH2PO40.5％，CaCl20.73％，pH6.2，接入鏈霉菌種子液，接種量為2mL，37℃，120r/min搖床培養(yǎng)7天，添加0.8％硫酸銨，調(diào)pH至5.3后滅菌，接入4mL酵母菌種子液，32.3℃靜置培養(yǎng)1.9天。優(yōu)化后乙醇產(chǎn)量為6.41％，是優(yōu)化前的1.19倍。 4、PB設(shè)計法篩選影響稻草同時糖化發(fā)酵法產(chǎn)乙醇條件

6、的顯著因素為：酵母接種量、接入酵母時間和酵母發(fā)酵時間。BB設(shè)計法對這三個顯著因素響應(yīng)分析得最佳發(fā)酵條件為：稻草粉7.4％，麩皮3％，豆餅粉3％，玉米粉2％，KH2PO40.5％，CaCl20.73％，pH5.5，接入鏈霉菌種子液，接種量為2mL，37℃，120r/min搖床培養(yǎng)3.2天，添加1.0％硫酸銨，接入1.8mL酵母菌種子液，34℃靜置培養(yǎng)4.2天。優(yōu)化后乙醇產(chǎn)量為7.52％，是優(yōu)化前的1.17倍。 5、將分步糖化發(fā)酵

7、法和同步糖化發(fā)酵法發(fā)酵乙醇條件的優(yōu)化結(jié)果對比，發(fā)現(xiàn)同步糖化發(fā)酵法具有一定的優(yōu)點：優(yōu)化后的分步糖化發(fā)酵法的乙醇產(chǎn)量為6.41％，而同步糖化發(fā)酵法的乙醇產(chǎn)量為7.52％，是分步糖化發(fā)酵法的1.17倍；分步糖化發(fā)酵法的周期為8.9天，而同步糖化發(fā)酵法的周期為7.4天，比分步糖化發(fā)酵法相比發(fā)酵時間縮短了1.5天；分步糖化發(fā)酵法安琪酵母種子液的接種量需要4mL，而同步糖化發(fā)酵法安琪酵母種子液的接種量只要1.8mL，菌種的用量為分步發(fā)酵法的1/2還

8、少。由此可見，同步糖化發(fā)酵法不僅提高了乙醇的產(chǎn)量，還大大縮短了生產(chǎn)周期，降低了生產(chǎn)成本。 6、經(jīng)過對稻草固態(tài)同步糖化發(fā)酵法產(chǎn)乙醇條件的單因素系列優(yōu)化實驗，得到稻草最佳產(chǎn)乙醇條件為：稻草固體培養(yǎng)基的料水比為1:3，初始pH為5.0，鏈霉菌接種量為3mL，置37℃培養(yǎng)，鏈霉菌發(fā)酵培養(yǎng)后的第3天，添加0.8％硫酸銨為補充氮源，同時接入安琪酵母種子液5mL，并立即將發(fā)酵溫度轉(zhuǎn)變?yōu)?4℃，總培養(yǎng)時間為5天，稻草的乙醇產(chǎn)量可達(dá)到0.13g