全稻谷发酵生产乙醇的初步研究

发布时间：2020-09-09 19:13

　　乙醇是一种重要的化合物,广泛应用于食品、化工和医药等领域。近年来,随着石油资源紧缺及环境污染等问题日益突出,乙醇作为一种清洁能源受到重视。目前乙醇生产以发酵法为主,使用淀粉质、糖质及纤维质原料。我国主要使用玉米和小麦,但乙醇年产量仅为261万吨,我国政策普及乙醇汽油有近1000万吨燃料乙醇的缺口。纤维素乙醇尚未工业化生产,我国甘蔗等经济作物较少不利于生产乙醇,扩大产量仍以淀粉质原料为主,我国南方高产的稻谷还未被利用有很大的潜力可以挖掘。本课题旨在探讨提高工业化乙醇产量的方法——使用商业酵母,全稻谷发酵生产乙醇,测定不同条件下酶解速率,探讨不同工艺下酵母代谢变化,以确定淀粉利用率、产物浓度和生产强度较高的工艺,实现乙醇的低成本高效生产,对工业化生产乙醇具有现实意义。首先,考察了安琪酵母公司的耐高温工业酵母菌(Saccharomyces cerevisiae)的性能,该酵母具有耐高温(37℃)、耐高糖(100-200 g/L)和一定的耐乙醇性能。同时对本课题使用的液化酶和糖化酶酶解速率进行测定,液化酶和糖化酶添加量为4.92和5.22U/g底物,70℃液化1 h能够基本将淀粉水解成糊精和麦芽糖;50℃下糖化1.75 h能够彻底将多糖水解成葡萄糖;生料55℃温水调浆处理后,37℃下处理10 h淀粉的水解率能够达到66.4%。其次,考察了分步糖化法(SHF)、同步糖化法(SSF)和生料法等三种工艺发酵生产乙醇的性能。SHF发酵周期24 h,乙醇浓度为102.1 g/L,淀粉利用率84.9%;SSF发酵周期28 h,乙醇浓度为104.2 g/L,淀粉利用率86.5%;生料法发酵周期32 h,乙醇浓度为98.9 g/L,淀粉利用率82.2%。SHF、SSF以及生料法的总成本分别为6776元、6544元以及6522元。SSF发酵稻谷的产物浓度高,淀粉转化利用更彻底,成本较低适合于工业生产乙醇。最后,对实验中稻谷粉加壳作底物发酵温度较高的现象进行探讨。发现该酵母37℃环境下增殖更快,但细胞更容易衰亡。在添加稻壳的种子培养基中,OD值普遍较不加壳实验组更小,说明了稻壳对酵母具有吸附作用。在发酵罐中进行39℃生料发酵发现,不加稻壳时不进行乙醇代谢,且乙醇的产量随稻壳加入量的增加而提高,加5 g/L壳和加10 g/L壳实验组分别产生50.6 g/L和81.6 g/L乙醇,接近37℃生料发酵的结果,说明稻壳的加入使细胞聚集,这对酵母细胞抵御高温胁迫有明显帮助。综上所述,利用全稻谷粉碎直接进行SSF发酵具有可行性,一方面节约原料成本,另一方面稻壳粉的存在可以提高酵母耐热性,维持高温优势,而且SSF发酵稻谷的产物浓度高,淀粉转化利用更彻底,适合于工业生产乙醇。
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TQ223.122;TQ920.1

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