玉米秸秆发酵生产酒精的研究.doc

玉米秸秆发酵生产酒精的研究TheStudyonEthanolProductionfromCornStover分页下载分章下载整本下载在线阅读不支持迅雷等下载工具。如阅读文献显示异常请下载并安装新版CAJ阅读器。【作者】张强；【导师】殷涌光【作者基本信息】吉林大学农业机械化工程2011博士【摘要】世界石油资源的日益枯竭以及不断增长的温室气体效应使人们对非石油能源产生了极大的兴趣。据报道中国传统能源的储量并不乐观石油大约可开采50年左右另一项重要能源—天然气可开采70年。2004年的一项数据表明：经过20年的开采煤炭储藏量已经降低到了最低点。利用生物质原料生产燃料酒精部分替代化石燃料已经引起人们极大关注燃料酒精的使用将会大大减少二氧化碳及其它有害气体的排放。与化石燃料相比燃料酒精作为一种可再生能源可以通过广泛的糖类物质发酵生产其中利用成本低廉、数量巨大的纤维质类物质—例如玉米秸秆生产燃料酒精尤为引人关注。玉米秸秆是丰富的农业废弃物主要由纤维素、半纤维素和木质素组成。玉米秸秆在我国产量巨大每年产量有一亿多吨。玉米秸秆除了少部分被利用外绝大部分以堆积、荒烧等形式直接倾入环境造成极大的污染和浪费而且这种直接燃烧的方法热效率很低大约只有10%左右。如果将它们转化成气体或液体燃料例如酒精、氢气、柴油等热效率可达30%以上。这样不但缓解人类所面临的资源危机食物短缺环境污染等一系列问题也为人类持续发展提供了保证。原料的成本在酒精生产中占有很大的比例为了实现工业化生产必须降低酒精生产成本而充足便宜的原料是必须。因此利用玉米秸秆作为发酵工业原料具有巨大的潜力。为了充分利用玉米秸秆资源找到适合的玉米秸秆生产酒精工艺最终实现工业化生产。本文利用玉米秸秆为原料对玉米秸秆发酵酒精进行了研究。主要研究内容分为五部分一是研究了不同湿热预处理条件的优化。二是利用活性干酵母对经过湿氧化预处理后的玉米秸秆同步糖化发酵制备酒精进行了研究。三是利用树干毕赤酵母(Pichiastipitis)对玉米秸秆发酵制备燃料酒精进行了研究。四是研究了不同脱毒方法对湿热预处理后的玉米秸秆水解液酒精发酵的影响。五是研究了水热预处理及脱毒结合对酒精发酵的影响.1.不同湿热预处理条件的优化玉米秸秆由于结构复杂致密因此为提高酶解性首先要进行预处理。湿热预处理是高温条件下由水参与进行的反应。195℃预处理15分钟被报道是最佳的条件。与其它预处理方法相比湿热预处理过程产生较少的发酵抑制剂。本文对湿热预处理条件进行了优化主要研究了玉米秸秆在不同湿热预处理条件下纤维素及半纤维素的回收率以及酶解率结果表明：(1)在A(195℃15min)、B(195℃15minO212bar)及C(195℃15minNa2CO32g/LO212bar)三种预处理条件下约90%纤维素都保留在固体中大部分半纤维素和木质素被溶解或分解在水解液中有效地解除了对纤维素的束缚。(2)最佳预处理条件为C纤维素总回收率达到95.87%高于其它预处理条件下的纤维素总回收率固体部分24h酶解率达到了67.6%而原料玉米秸秆酶解率仅为16.2%。2.玉米秸秆湿氧化预处理同步糖化发酵酒精目前大部分利用纤维质原料生产酒精实验并不是利用真实的水解液往往在水解液中加入葡萄糖或木糖为了验证真实的生产工艺过程葡萄糖或木糖都应来自预处理后的酶水解液也就是采用同步糖化发酵法(SSF)进行酒精发酵。发酵过程中采用生长旺盛有较强的耐抑制剂能力的活性干酵母(S.cerevisiae)作为生产菌种将有利于实现工业化生产。本文主要研究了玉米秸秆经过湿氧化(195℃15minNa2CO32g/LO212bar)预处理后纤维素及半纤维素的回收率以及预处理后固体部分的酶解效率。在底物浓度8%(W／V)情况下对活性干酵母同步糖化发酵制备酒精进行了研究。结果表明：(1)玉米秸秆经过湿氧化预处理并过滤后主要分为固体和水解液两部分预处理后90%纤维素保留在固体中纤维素总回收率达到95.87%。而半纤维素总回收率为68.2%纤维素的回收率明显高于半纤维素。主要是因为半纤维素很不稳定在高温、较长时间的湿氧化预处理条件下易分解成羧酸及H20与C02故半纤维素的得率较低而纤维素的得率较高。(2)预处理后的固体部分利用纤维素酶处理50℃24h酶解率达到了67.6%而原料玉米秸秆酶解率仅为16.2%。可见湿氧化预处理有效地改变了固体部分的组成和结构从而更利于纤维素酶的水解作用。(3)利用活性干酵母对底物浓度为8%的湿氧化预处理后的固体与液体混合液进行了同步糖化发酵经过142h发酵酒精产量达到了理论酒精产量的79.0%。假定五碳糖和六碳糖都能够被利用相当于1t玉米秸秆能够产生262.7kg的酒精。发酵过程中没有明显的抑制作用发生。