固定化酵母乙醇发酵工艺技术改进

发布时间：2020-10-14 12:48

　　 酒精是可再生资源,是当今世界生物技术产品中产量最大、用途最多的产品。使用酒精替代部分石油意义重大,不仅能够减少购买石油所需的外汇支出,还能够减少温室气体排放。我国已经成为酒精生产大国,但酒精生产过程中普遍存在着发酵强度低、生产成本高、能耗大等诸多问题,需要不断的优化生产工艺、利用低价值资源,从而提高经济效益。目前研究人员已经开发出固定化技术、高浓度发酵技术等用于提高酒精生产效率,在此基础,结合天冠集团生产实际条件,开展了固定化酵母发酵产酒精的工艺研究。本研究结论如下:1.使用摇瓶发酵,通过优化不同固定化工艺,使用最佳固定化工艺与传统工艺对比,结果发现,吸附法固定化酵母发酵终了酒精含量分别比包埋法、传统工艺高1.3%、2.8%,选取吸附法制备固定化酵母做9批次连续发酵试验,平均淀粉利用率89.269%、平均生酸为2.244、平均酒精含量为13.453%、平均残糖为1.008%,发酵结果理想。2.使用600 L发酵罐开展了固定化酵母连续发酵,经过试验确定最佳工艺条件为初始糖浓度20%、发酵温度35℃、pH4.5、发酵时间84 h、载体装填量8 g/L、循环量2 BV。在此条件下淀粉利用率为85.078%、粮耗为2.985 t/t、酒精含量为14.31%。在进一步的研究中,研究了硝酸替代硫酸、空载时间、载体重复利用对发酵的影响,以及载体稳定性。结果发现使用硝酸代替硫酸、短时间空载、载体重复利用均对发酵结果没有太大的影响,而且固定化材料经久耐用,适合大生产长期使用。3.在600 L罐上开展经济效益评价,经过计算,采用固定化酵母酒精发酵吨酒精可节约生产成本222.7元,从而可产生盈利248元/吨。另外,使用固定化酵母发酵,每年因单罐淀粉利用率提升和发酵批次增多可额外为酒精生产企业额外创造2.65万元的经济效益,为酒精生产企业可持续发展做出了贡献,经济效益明显。4.本研究摸索出固定化酵母制备工艺,在此基础上开展了600 L连续发酵试验,探明了固定化酵母最佳发酵工艺以及生产成本,证明了固定化酵母能够为酒精生产企业增加经济效益。本研究为酒精生产企业减少种子培养强度、提高生产效率、增加经济效益提供了参考。
【学位单位】：南阳师范学院
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ926;TQ223.122
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 细胞固定化技术研究概况
        1.1.1 细胞固定化原理
        1.1.2 固定化细胞制备方法
        1.1.3 细胞固定化反应器
    1.2 酵母细胞固定化技术在酒精生产中的应用
        1.2.1 优势
        1.2.2 应用现状
        1.2.3 存在问题
        1.2.4 前景
    1.3 本研究的内容及意义
第二章 酵母固定技术条件优化
    2.1 材料与方法
        2.1.1 材料
        2.1.2 方法
    2.2 结果与分析
        2.2.1 包埋法固定酵母条件优化
        2.2.2 吸附法固定酵母条件优化
        2.2.3 酒精发酵工艺比较分析
        2.2.4 吸附法固定酵母连续发酵评价
    2.3 小结
第三章 吸附法固定酵母酒精发酵中试条件优化
    3.1 材料与方法
        3.1.1 材料
        3.1.2 方法
    3.2 结果与分析
        3.2.1 初始糖浓度对酒精发酵的影响
        3.2.2 发酵温度对酒精发酵的影响
        3.2.3 pH对酒精发酵的影响
        3.2.4 发酵时间对酒精发酵的影响
        3.2.5 载体装填量对酒精发酵的影响
        3.2.6 循环量对酒精发酵的影响
        3.2.7 硝酸替代对酒精发酵的影响
        3.2.8 空载时间对酒精发酵的影响
        3.2.9 重复利用对酒精发酵的影响
        3.2.10 固定化材料稳定性
    3.3 小结
第四章 吸附法固定酵母酒精发酵中试经济效益分析
    4.1 成本分析
    4.2 经济效益分析
        4.2.1 原材料成本
        4.2.2 发酵收益
        4.2.3 酒精含量提高带来的单罐发酵发酵收益提升
    4.3 小结
第五章 结论与讨论
    5.1 结论
    5.2 讨论
        5.2.1 影响包埋固定酵母的因素
        5.2.2 影响吸附固定酵母的因素
        5.2.3 影响中试试验的因素
    5.3 有待进一步研究的问题
参考文献
附录：攻读学位期间取得的研究成果
致谢

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本文编号：2840682