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本论文立足于广西农业与工业发展现状,针对当前燃料乙醇产业发展,分析和讨论了利用制糖工业的副产品——蔗髓为原料,采用2%氢氧化钠、2%硫酸以及50%乙酸-过氧化氢的预处理方法,综合分析还原糖得率、傅立叶红外光谱和X-衍射,优选出最佳的预处理方法;然后结合傅立叶红外光谱、X-衍射、液相色谱、扫描电镜分析蔗髓酶解前后的变化,进行纤维素酶水解工艺条件的研究;最后摸索酶水解液的分步糖化发酵和固定化酵母发酵的工艺条件。本论文为发展非粮食乙醇,提高蔗髓的利用率提供新途径。研究主要结果如下:
1.通过比较三种不同的预处理方法,结果显示:2%氢氧化钠预处理蔗髓,在改善原料化学组成、提高原料的酶解还原糖得率等方面较2%硫酸和50%乙酸.过氧化氢预处理效果要好。2%氢氧化钠预处理后,蔗髓的酶解还原糖得率达36.36%,比未预处理的提高157.9%,同时预处理后蔗髓在微观形态上出现许多裂缝、裂孔,结晶度明显下降,从52.32%降至48.06%,降幅达到8.14%。
2.蔗髓纤维素酶水解工艺优化。通过单因素实验和正交试验得出纤维素酶水解蔗髓的最佳工艺条件为:酶用量0.05 g/g(绝干原料),底物浓度30g/L,反应温度50℃,pH值5.0,反应时间60h。
3.单酶与双酶比较研究。蔗髓酶解液还原糖得率比较发现单一纤维素酶水解蔗髓还原糖得率为37.01%,而双酶(纤维素酶与木聚糖酶)水解还原糖得率为50.24%,还原糖得率提高35.74%。进而对酶解液进行液相色谱定量分析,测定双酶水解液中葡萄糖与木糖的浓度分别为4.56 mg/mL和2.01 mg/mL,较纤维素酶水解液中葡萄糖和木糖分别提高8.05%和74.78%。
4.蔗髓酶解前后的X-衍射分析:酶解前蔗髓的结晶度为48.06%,酶解后蔗髓的结晶度提高到52.37%,酶解导致蔗髓的结晶度升高8.97%。
5.蔗髓纤维素酶水解液发酵生产乙醇工艺优化。单因素实验和正交试验结果显示酶水解液分步发酵生产乙醇最佳工艺条件为:氮源为硫酸铵,酵母接种量12.5%,反应时间3d,反应温度36℃,体系初始pH值5.0。
6.固定化发酵:通过比较固定化酵母发酵与游离酵母发酵方法,结果显示:固定化酵母发酵乙醇产量是0.144g/g(绝干原料),而游离酵母发酵是0.135g/g(绝干原料),固定化酵母发酵与游离酵母发酵相比较,乙醇产量增加提高6.66%。