【摘要】：生物燃料乙醇具有可再生性、碳中性(carbon-neutral)等優(yōu)勢(shì),已成為最具潛力的綠色能源之一,受到中外研究者的廣泛關(guān)注。但是,就目前發(fā)展水平來(lái)說(shuō),纖維素乙醇產(chǎn)量還難以達(dá)到纖維素乙醇經(jīng)濟(jì)蒸餾要求(乙醇濃度40 g·L~(-1),發(fā)酵效率1 g·L~(-1)·hr~(-1))。基于此,本論文嘗試在低酶載量條件下開(kāi)展木質(zhì)纖維素原料濃醪糖化發(fā)酵的研究,以期實(shí)現(xiàn)纖維素乙醇高產(chǎn)。具體研究?jī)?nèi)容如下:首先,本論文開(kāi)展基質(zhì)批次半同步糖化發(fā)酵產(chǎn)乙醇的研究。通過(guò)對(duì)影響酶解發(fā)酵的多個(gè)因素進(jìn)行單因素選擇和正交試驗(yàn),本論文最終確定:堿催化常壓甘油預(yù)處理甘蔗渣在濃度15%、酶載量6 FPU·g~(-1)干基、30 mg·g~(-1) Tween 20、酵母提取物16 g·L~(-1)、接種量10%(v/v)、溫度39℃、轉(zhuǎn)速150 r·min~(-1)和發(fā)酵初始pH 4.8條件下進(jìn)行纖維素乙醇半同步糖化發(fā)酵。在該條件下,基質(zhì)預(yù)酶解48 hr時(shí)葡萄糖濃度為76.5 g·L~(-1),酶解率達(dá)到81%;此時(shí)接種發(fā)酵48 hr乙醇產(chǎn)量為36.8 g·L~(-1)。接著,本論文遵循“高基質(zhì)濃度、低酶載量”原則開(kāi)展對(duì)纖維素乙醇濃醪糖化發(fā)酵過(guò)程的研究。為了有效運(yùn)行分批補(bǔ)料式半同步糖化發(fā)酵工藝,對(duì)分批補(bǔ)料的關(guān)鍵參數(shù)(初始基質(zhì)濃度、補(bǔ)料時(shí)間點(diǎn)、補(bǔ)料量和補(bǔ)料次數(shù)等)進(jìn)行優(yōu)化。最終確定初始基質(zhì)濃度為18%,在酶解第12 hr、18 hr、24 hr、30 hr分別補(bǔ)加相當(dāng)于總基質(zhì)濃度4%、5%、4%、4%的干基。這樣,實(shí)驗(yàn)通過(guò)分批補(bǔ)料方式達(dá)到35%總基質(zhì)濃度的酶解發(fā)酵。預(yù)酶解48hr時(shí)葡萄糖濃度達(dá)到122 g·L~(-1),酶解率為57%;此時(shí)接種發(fā)酵72 hr的乙醇產(chǎn)量達(dá)到59g·L~(-1),纖維素-乙醇轉(zhuǎn)化率是54%。最后,為了進(jìn)一步提高纖維素乙醇發(fā)酵水平,論文通過(guò)多種策略(添加多種輔酶、延長(zhǎng)預(yù)酶解時(shí)間、變溫發(fā)酵、添加牛血清白蛋白、采用機(jī)械攪拌混勻酶解等)強(qiáng)化高基質(zhì)濃度糖化發(fā)酵。實(shí)驗(yàn)最終獲得最佳條件:在前期優(yōu)化得到的條件基礎(chǔ)上添加內(nèi)切木聚糖酶蛋白0.7 mg·g~(-1)干基、牛血清白蛋白15 mg·g~(-1)干基和溶解性多糖單加氧酶家族中的Auxiliary Activity 9(AA9)蛋白0.1 mg·g~(-1)干基,采用機(jī)械攪拌代替搖床震蕩。在該條件下進(jìn)行總基質(zhì)濃度為35%的分批補(bǔ)料式半同步糖化發(fā)酵,預(yù)酶解48 hr葡萄糖和木糖濃度分別達(dá)到153.5 g·L~(-1)和56.1 g·L~(-1),此時(shí)接種發(fā)酵72 hr時(shí)乙醇濃度高達(dá)75.1 g·L~(-1),纖維素-乙醇轉(zhuǎn)化率為68.5%,發(fā)酵強(qiáng)度1.0 g·L~(-1)·hr~(-1)。通過(guò)本論文工作,實(shí)現(xiàn)了低纖維素酶載量條件下的纖維素乙醇發(fā)酵,為當(dāng)前纖維素乙醇工業(yè)化提供借鑒。
【學(xué)位授予單位】：江南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ223.122;TQ920.6
【圖文】：

圖 1-1 木質(zhì)纖維原料生物煉制技術(shù)路線g.1-1 Technical route of biofuel refinery of Lignocellulosic mate料首先通過(guò)酸或酶法水解產(chǎn)糖。酸法水解是直接利用，此方法有效且成本低廉，但對(duì)水解過(guò)程中溫度和壓[37]

-1干基的加量下進(jìn)行72hr酶解實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如下圖3-1所示。圖 3-1 酶解 48 hr 時(shí)不同基質(zhì)濃度的酶解情況Fig.3-1 Hydrolysis of different substrates at 48 hr(a)：加酶量 10 FPU·g-1干基條件下不同濃度基質(zhì)的酶解情況；(b)：加酶量 6 FPU·g-1干基條件下不同濃度基質(zhì)的酶解情況實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，基質(zhì)濃度越大酶解率越低，二者存在負(fù)相關(guān)性。從圖 3-1(a)中得知，在加酶量 10FPU·g-1干基條件下，不同基質(zhì)濃度的底物均呈現(xiàn)出較好的酶解效果，低于 15%基質(zhì)濃度時(shí)，酶解率達(dá) 90%以上。當(dāng)基質(zhì)濃度是 15%時(shí)，酶解 72hr 時(shí)酶解率為 88.7%。從圖 3-1(b)可得，在較低酶載量 6 FPU·g-1干基條件下，基質(zhì)濃度低于 12%時(shí)

圖 3-4 考察不同發(fā)酵方式對(duì)乙醇濃度的影響Fig.3-4 Verify the effect of different fermentation type on ethanol fermentation(a)：同步糖化發(fā)酵對(duì)乙醇產(chǎn)量的影響；(b)：半同步糖化發(fā)酵對(duì)乙醇產(chǎn)量的影響結(jié)果證明在不同加酶量條件下該實(shí)驗(yàn)所用基質(zhì)酶解所產(chǎn)葡萄糖糖均可被酵母菌

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本文編號(hào)：2750058