低值海藻浒苔(Enteromorpha prolifera)生物乙醇转化工艺的研究

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能源和环境问题己成为国际性热点,引起人们的广泛关注。伴随中国能源预警的发出和节能呼声的日益高涨,开发利用可再生的清洁能源,已迫在眉睫。本文以第三代发酵生产乙醇的纤维类生物质为原料,采用低值海藻-浒苔作为主要的研究对象,同时以陆生生物质-甘蔗渣为对照,研究海洋生物质和陆生生物质在生物乙醇转化上的异同。浒苔含大量多糖,采用热水法浸提浒苔多糖进行前处理。对浸提过多糖的浒苔,采用清洁氧化剂过氧化氢进行预处理。通过单因素实验和响应面(SRM)分析法优化预处理工艺。通过对经过过氧化氢预处理的浒苔和甘蔗渣的组分,主要是纤维素、半纤维素和木质素含量变化进行测定,并采用扫描电镜(SEM)对预处理前后的浒苔的微观结构进行观察,以验证预处理的效果。最后,对浒苔和甘蔗渣小分子量的还原糖进行发酵生产乙醇。分别从菌种、初始还原糖浓度、接种量和温度优化发酵条件,从七水合硫酸镁和硫酸铵的添加量优化发酵培养基,以期望获得较高的乙醇产率。实验表明,单因素优化的浒苔浸提多糖的工艺条件为:浒苔采用过氧化氢预处理的工艺条件为:浸提时间为5小时,浸提的固液比为1:80,浸提的温度为90摄氏度。在此优化的工艺条件下,多糖得率达到17.3%。通过单因素实验和响应面分析法(RSM)优化预处理工艺,确定浒苔预处理工艺为:预处理时间12小时,温度为50摄氏度,过氧化氢浓度为0.2%,pH原始。甘蔗渣预处理工艺为:预处理温度110摄氏度、H2O2浓度0.4%、预处理时间36小时、pH值原始。在优化的工艺条件下,获得较好的酶解效果。本研究采用H2O2作为预处理的氧化剂,H2O2是一种清洁、无污染、成本低廉的预处理试剂,能够较好的去除木质素。通过对浒苔和甘蔗渣预处理前后纤维素、半纤维素和木质素含量的测定,显示H2O2可有效去除浒苔和甘蔗渣中的木质素,酶解效率提高。通过对浒苔和甘蔗渣组分含量测定,显示浒苔纤维素和半纤维素含量达到33.7%,甘蔗渣的纤维素和半纤维素含量达到35.1%,但甘蔗渣的木质素含量高达36.3%。从浒苔和甘蔗渣的优化的预处理条件可以看出,甘蔗渣达到较好的预处理效果需要更高的预处理温度和时间,故浒苔在预处理工艺上有较好的经济和社会效益。采用扫描电镜(SEM)观察浒苔预处理前后的微观结构,结果显示H2O2对浒苔的微观结构有一定的破坏,出现更多的酶解结合位点,采用H2O2获得较好酶解效果。浒苔酶解液发酵生产乙醇的优化工艺条件:发酵菌种采用面包酵母,发酵时间为24小时,发酵温度为36摄氏度,初始还原糖浓度为2%,接种量为10%,发酵培养基中七水合硫酸镁的添加量为0.4 g/L,硫酸铵的添加量为6 g/L。通过对甘蔗渣的酶解液进行发酵显示,浒苔酶解液在还原糖利用率、葡萄糖利用率、乙醇产率方面都比甘蔗渣高。优化的浒苔生产乙醇产率达到13.2 g(乙醇)/100 g(浒苔)。以浒苔为原料发酵生产乙醇展现良好应用前景。
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