多菌种混合共发酵甘蔗渣纤维素和半纤维素制备燃料乙醇的研究

发布时间：2020-07-13 19:59

【摘要】：甘蔗渣是蔗糖工业最主要的副产物,其主要成分是纤维素和半纤维素。甘蔗渣被认为是一种来源丰富的可再生资源,是作为纤维素燃料乙醇的重要原料之一,但是目前,甘蔗渣生产乙醇的转化率仍然很低。其中一个重要原因是甘蔗渣半纤维素的利用率很低。为了提高甘蔗渣产燃料乙醇的转化率,尤其是其中半纤维素的利用率,本研究探究了氢氧化钠、硫酸、过氧化氢以及蒸汽爆破四种预处理方式后的甘蔗渣的成分的变化以及不同处理方式对纤维素水解酶之间的协同作用及酶解效果的影响;用不同的菌株进行单独或混合培养发酵碱预处理的甘蔗渣以及发酵过程的优化。结果比较发现,经氢氧化钠预处理的甘蔗渣,酶解效果最好,葡萄糖的产量为12.76 g/L,纤维素的转化率达到理论产量的100.4%;其次是蒸汽爆破,而过氧化氢处理的甘蔗渣的酶解后的葡萄糖的产量最低,纤维素的转化率只达到理论值的23.47%。通过纤维素酶分别与果胶酶和木聚糖酶的协同作用效果的研究,发现纤维素酶和木聚糖酶的协同度与底物的化学组成以及预处理的方式相关;在本研究中没有观察到果胶酶和纤维素酶之间的协同作用,这可能是因为甘蔗渣的果胶成分太少的原因。协同作用分析的结果显示水解效果最佳的酶组合为每克底物添加Celluclast1.5L 3.17 mg,Novozym 188 1.63 mg,木聚糖酶1.2 mg。经碱处理的甘蔗渣在最优酶组合量下,酶解60 h后,利用不同的发酵微生物菌株对水解液进行发酵实验,研究探究不同菌株的发酵性能。发现在葡萄糖利用菌中酿酒酵母1445的性能最好,在发酵12 h后葡萄糖的利用明显快于其他的酿酒酵母菌株,利用速率达到4.53 g/L·h,在发酵24 h后乙醇的产量达到了最高(22.10 g/L);而戊糖利用菌中休哈塔假丝酵母的发酵性能优于树干毕赤酵母,乙醇的产量最高为15.15 g/L。分别将休哈塔假丝酵母和树干毕赤酵母与酿酒酵母1445混合培养发酵甘蔗渣水解液,发现是休哈塔假丝酵母与酿酒酵母1445混合发酵的乙醇产量比较高(乙醇的最高产量为22.82 g/L)。本研究最后采用单因素法从菌种接种量、两种菌种的不同比例、预酶解时间以及发酵方式等方面对休哈塔假丝酵母与酿酒酵母1445混合发酵的体系和发酵条件进行优化。结果表明,最优发酵体系为:接种量为两种菌的总干重为2.0 g/L、两种菌的比例为1:1、不经预糖化直接进行同步糖化发酵。此条件下,乙醇产量达到15.73 g/L,产率为0.2622 g/g干重碱处理甘蔗渣,达到乙醇理论产值(0.4825 g/g)的54.34%。综合以上,利用休哈塔假丝酵母和酿酒酵母1445混合共培养共发酵甘蔗渣纤维素和半纤维素生产乙醇是可行的,甘蔗渣作为燃料乙醇的生产原料也是切实可行的。
【学位授予单位】：暨南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S216.2
【图文】：

21图 2.1 氢氧化钠处理甘蔗渣的酶解结果2% NaOH 预处理的甘蔗渣经不同比例的纤维素酶和果胶酶组合（A-C）或木聚糖纤维素酶组合（D-F）的酶解结果，分别酶解 4 h（A 和 D）、12 h（B 和 C）和酶解达萄糖量的最大值的初始时间 60 h（C 和 F）。对于果胶酶和纤维素酶组合水解 2% 的氢氧化钠处理的甘蔗渣：随着纤酶的百分比的增加，葡萄糖的量是呈现增加的趋势（A-C），混合酶组合的糖的量比单独使用纤维素酶的组合 c5 组要少，因此并没有观察到果胶酶和素酶之间有协同作用，但是用无论是 4 h、12 h 或者 60 h 果胶酶取代部分纤

23图 2.2 硫酸处理甘蔗渣的酶解结果。2% 硫酸预处理的甘蔗渣经不同比例的纤维素果胶酶组合（A-C）或木聚糖酶和纤维素酶组合（D-F）的酶解结果，分别酶解 4 h（A 和 D12 h（B 和 C）和酶解达到葡萄糖量的最大值的初始时间 48 h（C 和 F）。对于硫酸处理的甘蔗渣作为底物，无论是果胶酶和纤维素酶组合（A-C）者木聚糖酶和纤维素酶组合(D-F)水解，葡萄糖的量都随着纤维素酶比例的增而增加，即混合酶组合的酶解所得的葡萄糖的量都没有单独使用纤维素酶组的萄糖的产量高，都没有表现出协同作用。

25图 2.3 过氧化氢处理甘蔗渣的酶解结果2% 过氧化氢处理的甘蔗渣经不同比例的纤维素酶和果胶酶组合（A-C）或木聚糖纤维素酶组合（D-F）的酶解结果，分别酶解 4 h（A 和 D）、12 h（B 和 C）和酶解达萄糖量的最大值的初始时间 48 h（C 和 F）。对于果胶酶和纤维素酶的组合水解 2% 的过氧化氢处理的甘蔗渣：我们看到在水解 4 h 时（A），p4c1 明显比 c5 组释放的葡萄糖少，分别为 0.09

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本文编号：2753907