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甜高粱茎秆固态发酵生产燃料乙醇研究
康利平，刘莉，刘萍，孙君社＊
中国农业大学食品科学与营养工程学院，北京(100083）
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摘要：本文通过研究甜高粱茎秆M-81E固态发酵生产燃料乙醇的主要影响因素，确定最优
发酵条件为：耐高温酿酒酵母接种量为3％，发酵初始基质水分含量为76%，添加0.25％

CaCl2，0.25％MgSO4·7H2O，40℃发酵24h，乙醇得率为6.42g/100g甜高粱茎秆，转化率为
90.5%，残糖含量低于0.3%；添加10FPU/g纤维素酶和10CBU/gβ-葡萄糖苷酶，进行同步
糖化固态发酵，乙醇得率为7.53g/100g甜高粱茎秆，与不添加纤维素酶和β-葡萄糖苷酶的相
比，乙醇得率提高了14.6%。
关键词：甜高粱茎秆；固态发酵；燃料乙醇
中图分类号：S216.2

1引言
甜高粱（SorghumbicolorMoench.L.），又称糖高粱、芦粟或甜秆，既是一种粮食作物、
糖料作物，又是能源作物。每亩甜高粱产4000~5000Kg富含糖分和纤维的茎秆，200~500Kg
的粮食籽粒[1]，其中70-80%的干重组分可被利用生产燃料乙醇[2]。随着国家对粮食燃料乙
醇的限制，发展甜高粱燃料乙醇是发展清洁生物能源的重要要途径。
固态发酵具有能耗小，产物浓度高，产生废水少，运作费用低等优点[3]。而目前国内外
对甜高粱固态发酵生产燃料乙醇的研究仍比较少，Mamma[4]等人利用Fusariumoxysporum和
Saccharomycescerevisiae混菌糖化发酵甜高粱茎秆，利用Fusariumoxysporum产酶水解纤维素
和半纤维素等不可溶性糖，其发酵周期较长；Bryan[5]对未灭菌甜高粱茎秆进行自然固态发
酵，副产物较多；宋俊萍[6]等对甜高粱茎秆直接粉碎固态发酵条件进行了研究。本文通过对
甜高粱茎秆M-81E粉碎后固态发酵条件进行摸索的同时，还探索了纤维素酶对甜高粱茎秆固
态发酵的作用，充分利用甜高粱茎秆中的可溶性糖和部分纤维素发酵生产燃料乙醇，提高乙
醇得率。
2材料与方法

2.1实验材料
甜高粱茎秆：品种M-81E，产地滨州，由山东滨州光华生物能源有限公司提供，2006
年5月种植，10月收割，生长期为150天。新鲜甜高粱茎秆中水分含量72.80%，总糖含量
13.92%，粗纤维含量9.61%。
耐高温酿酒酵母：中国农业大学发酵工程实验室保存菌种。
纤维素酶：湖南尤特尔生化有限公司提供。其中滤纸酶活200FPU/g，β-葡萄糖苷酶酶
活69CBU/g。
Novozym188：Sigma公司购买，其中β-葡萄糖苷酶酶活301CBU/L。

斜面保藏培养基：2%葡萄糖，1%酵母膏，2%蛋白胨，0.2%KH2PO4，0.1%

MgSO4·7H2O，自然pH值，121℃，灭菌15min。
种子活化培养基：2%葡萄糖，1%酵母膏，2%蛋白胨,自然pH值，121℃，灭菌15min。

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2.2实验方法

2.2.1固态发酵
将甜高粱茎秆粉碎至粒度大小0.1-0.3cm。于121℃，灭菌15min。接入培养18h的种
子培养基，根据发酵条件进行调节，塞上发酵栓，静止发酵。实验设置两个重复。

2.2.2水分含量测定
将粉碎后甜高粱茎秆于60℃烘箱中风干至恒重。根据质量差值计算得出水分含量。

2.2.3甜高粱茎秆糖分测定
粉碎后甜高粱茎秆用75％乙醇，150w超声波50℃分次浸提40min，过滤定容。
还原糖测定：DNS法[7]。
总糖测定：浸提滤液用1.2NHCl于60℃水解7min，用1NNaOH中和至中性，DNS
法[7]测定。

2.2.4粗纤维测定[8]

2.2.5乙醇含量测定：
将发酵后醪糟，用大约100ml的蒸馏水多次洗涤倒入250ml的蒸馏烧瓶中，蒸馏，用
50ml的容量瓶收集馏分，当馏分接近50ml时，停止蒸馏，用蒸馏水定容。气相色谱条件：
PerkinElmerAutosystemxl，色谱柱：DikmaCapCapillaryColumns（30m×0.53μm），进
样量1μl，进样口温度200℃，检测器温度230℃。

2.2.6发酵残糖含量测定：DNS法[7]

[9]
2.2.7CO2失重测定：重量法

3结果与分析

3.1接种量对甜高粱茎秆固态发酵的影响
酵母菌在种子培养基中活化培养18h后，按甜高粱茎秆质量的1％，3％，5％，8％，
10％，12％接入菌悬液，进行发酵。从图1可以得出，接种量为3％时，乙醇产率最高，100
g甜高粱茎秆能够生成6.14g乙醇，此时发酵基质中残糖含量也相对比较低，小于0.4％。