秸秆预处理工艺与水解糖发酵生产乙醇适配性探索

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本文主要研究预处理技术与乙醇发酵过程中预处理后物料可酶解性能及转化成乙醇能力;开发并探索了稀酸预处理、蒸汽爆破预处理、酸碱联合预处理,及两步酸解法对秸秆木质纤维素原料三大组分的影响,采用酶解发酵评估方法确定了最佳预处理工艺。本文探索性研究树干毕赤酵母CICC1960对木糖、葡萄糖的利用效率,并通过优化溶氧、接种量、碳氮比等发酵控制工艺形成树干毕赤酵母最佳发酵工艺。采用蒸汽爆破液对发酵菌株进行驯化,经过驯化后,发酵液木糖转化率提高至85%。(1)分别比较了硫酸和氢氧化钠联合预处理秸秆实验、两步酸法预处理秸秆及酸或碱蒸汽爆破预处理实验,结果显示0.3%硫酸蒸汽爆破实验,爆破渣中纤维素含量并未大幅提高,含量保持在41-43%之间,10%固形物条件下,纤维素到乙醇转化率为理论值的79.7%,而采用碱的蒸汽爆破总转化率为72.6%。相比酸碱联合处理,蒸汽爆破能耗小、实验步骤减少、污水排放量少、酸碱用量低的优势,为最佳预处理方案。(2)优化了树干毕赤酵母利用木糖转化乙醇的条件,研究了葡萄糖和木糖不同混合比例,树干毕赤酵母发酵生产乙醇产量及和酿酒酵母混合发酵对乙醇产量的影响,酿酒酵母生长优势明显,但这使得树干毕赤酵母利用木糖效率下降,单独使用树干毕赤酵母比两种酵母混合乙醇产量高,乙醇含量达22g/L,转化率达78%。该菌种的可以在40g/L乙醇中生长,初始木糖浓度为40g/L时糖醇转化率最高,经优化木糖到乙醇转化率达到理论值的80%。(3)采用木糖母液和秸秆稀酸预处理水解液进行发酵,二者葡萄糖、木糖、阿拉伯糖比例相似,以此发酵乙醇含量达19g/L,糖醇转化率达55.6%,菌株整体转化效率不高,需要进一步提高菌株对木糖母液和秸秆预处理液发酵效率。(4)通过单因素实验和正交实验确定的汽爆渣预糖化同步糖化发酵实验中最佳发酵条件为:12.5%固形物,预糖化时间4h;酶加量2.5%;玉米浆0.3%;温度34℃;酵母接种量2%v/v,在此发酵条件下发酵48h最终纤维素乙醇转化率超过80%,乙醇浓度达29.6g/L(5)对树干毕赤酵母进行分级驯化使酵母适应蒸汽爆破水解液中抑制物环境。对树干毕赤酵母发酵汽爆液的反应条件进行了优化,最佳发酵条件为:接种量12.5%、250mL锥形瓶装液量100mL、秋千摇床振荡频次90次/min、棉塞封口,30℃下发酵反应约30h乙醇浓度达到最高值,最高乙醇浓度10g/L,木糖到乙醇转化率达到85%。
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