乙醇是一種重要的化合物,廣泛應(yīng)用于食品、化工和醫(yī)藥等領(lǐng)域。近年來,隨著石油資源緊缺及環(huán)境污染等問題日益突出,乙醇作為一種清潔能源受到重視。目前乙醇生產(chǎn)以發(fā)酵法為主,使用淀粉質(zhì)、糖質(zhì)及纖維質(zhì)原料。我國主要使用玉米和小麥,但乙醇年產(chǎn)量僅為261萬噸,我國政策普及乙醇汽油有近1000萬噸燃料乙醇的缺口。纖維素乙醇尚未工業(yè)化生產(chǎn),我國甘蔗等經(jīng)濟(jì)作物較少不利于生產(chǎn)乙醇,擴(kuò)大產(chǎn)量仍以淀粉質(zhì)原料為主,我國南方高產(chǎn)的稻谷還未被利用有很大的潛力可以挖掘。本課題旨在探討提高工業(yè)化乙醇產(chǎn)量的方法——使用商業(yè)酵母,全稻谷發(fā)酵生產(chǎn)乙醇,測定不同條件下酶解速率,探討不同工藝下酵母代謝變化,以確定淀粉利用率、產(chǎn)物濃度和生產(chǎn)強(qiáng)度較高的工藝,實(shí)現(xiàn)乙醇的低成本高效生產(chǎn),對工業(yè)化生產(chǎn)乙醇具有現(xiàn)實(shí)意義。首先,考察了安琪酵母公司的耐高溫工業(yè)酵母菌(Saccharomyces cerevisiae)的性能,該酵母具有耐高溫(37℃)、耐高糖(100-200 g/L)和一定的耐乙醇性能。同時對本課題使用的液化酶和糖化酶酶解速率進(jìn)行測定,液化酶和糖化酶添加量為4.92和5.22U/g底物,70℃液化1 h能夠基本將淀粉水解成糊精和麥芽糖;50℃下糖化1.75 h能夠徹底將多糖水解成葡萄糖;生料55℃溫水調(diào)漿處理后,37℃下處理10 h淀粉的水解率能夠達(dá)到66.4%。其次,考察了分步糖化法(SHF)、同步糖化法(SSF)和生料法等三種工藝發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的性能。SHF發(fā)酵周期24 h,乙醇濃度為102.1 g/L,淀粉利用率84.9%;SSF發(fā)酵周期28 h,乙醇濃度為104.2 g/L,淀粉利用率86.5%;生料法發(fā)酵周期32 h,乙醇濃度為98.9 g/L,淀粉利用率82.2%。SHF、SSF以及生料法的總成本分別為6776元、6544元以及6522元。SSF發(fā)酵稻谷的產(chǎn)物濃度高,淀粉轉(zhuǎn)化利用更徹底,成本較低適合于工業(yè)生產(chǎn)乙醇。最后,對實(shí)驗(yàn)中稻谷粉加殼作底物發(fā)酵溫度較高的現(xiàn)象進(jìn)行探討。發(fā)現(xiàn)該酵母37℃環(huán)境下增殖更快,但細(xì)胞更容易衰亡。在添加稻殼的種子培養(yǎng)基中,OD值普遍較不加殼實(shí)驗(yàn)組更小,說明了稻殼對酵母具有吸附作用。在發(fā)酵罐中進(jìn)行39℃生料發(fā)酵發(fā)現(xiàn),不加稻殼時不進(jìn)行乙醇代謝,且乙醇的產(chǎn)量隨稻殼加入量的增加而提高,加5 g/L殼和加10 g/L殼實(shí)驗(yàn)組分別產(chǎn)生50.6 g/L和81.6 g/L乙醇,接近37℃生料發(fā)酵的結(jié)果,說明稻殼的加入使細(xì)胞聚集,這對酵母細(xì)胞抵御高溫脅迫有明顯幫助。綜上所述,利用全稻谷粉碎直接進(jìn)行SSF發(fā)酵具有可行性,一方面節(jié)約原料成本,另一方面稻殼粉的存在可以提高酵母耐熱性,維持高溫優(yōu)勢,而且SSF發(fā)酵稻谷的產(chǎn)物濃度高,淀粉轉(zhuǎn)化利用更徹底,適合于工業(yè)生產(chǎn)乙醇。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TQ223.122;TQ920.1

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