基本信息
- 項目名稱：
- 玉米秸稈清潔生產(chǎn)燃料乙醇
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 簡介：
- 本論文主要對玉米秸稈的預(yù)處理技術(shù)、纖維素酶發(fā)酵技術(shù)、纖維素酶解與乙醇發(fā)酵技術(shù)和酒糟綜合利用技術(shù)進行了研究
- 詳細介紹：
- 本文對玉米秸稈發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇過程中四個關(guān)鍵技術(shù)問題進行了研究 （1）玉米秸稈的預(yù)處理采用丙酸蒸解工藝。玉米秸稈粉在丙酸濃度為900g/L，催化劑濃度為3g/L，料液比為1:12的條件下，121℃蒸解90min后，半纖維素去除率為98.5%，木質(zhì)素去除率為60.61%，纖維素保留率為90.68%。蒸解處理后得到的纖維素渣中木質(zhì)素含量僅為2.5%，從而最大可能地消除了木質(zhì)素對纖維素酶酶解效果和酵母菌乙醇發(fā)酵的不良影響。同時得到具有較高開發(fā)價值的木質(zhì)素及衍生物、單糖和寡糖等副產(chǎn)物。丙酸經(jīng)適當(dāng)處理后可循環(huán)使用。 （2） 纖維素酶制備采用本實驗室選育的里氏木霉TJK-108纖維素酶高產(chǎn)菌株，進行固態(tài)分割發(fā)酵制備纖維素酶曲。發(fā)酵的最適條件為以經(jīng)過處理的纖維素渣為基質(zhì)，添加0.2% KH2PO4、0.2% MgSO4?7H2O、3% (NH4)2SO4、0.2% 吐溫-80，控制底物含水量為70%， 初始pH為4.8，在30℃下按接種量10%，在培養(yǎng)72h時進行分割，發(fā)酵周期控制在4-6d，其纖維素酶活最高可達341.3U/g。 （3）纖維素酶解與乙醇發(fā)酵采用同步糖化固體發(fā)酵工藝。最佳的發(fā)酵條件為發(fā)酵溫度36℃，纖維素酶曲用量為1:1，加水比為2，接種量為3.2×107個/g底物酵母菌，發(fā)酵72h后酒精產(chǎn)率為0.326 g/g底物。 （4）酒糟用來培養(yǎng)假絲酵母生產(chǎn)蛋白飼料，按酒糟、秸稈粉和纖維素酶的比例為65：25：10配料，(NH4 )2SO4的添加量為2 %時，真蛋白質(zhì)含量最高，平均值可達到18. 24 %。
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 研究探討一條適合國情的玉米秸稈生產(chǎn)燃料乙醇的清潔生產(chǎn)技術(shù)路線。首先玉米秸稈粉通過丙酸蒸解處理，得到用來制備纖維素酶和進行乙醇發(fā)酵的高纖維素含量、低木質(zhì)素含量的纖維素渣。纖維素酶制備采用本實驗室選育的里氏木霉TJK-108纖維素酶高產(chǎn)菌株，進行固態(tài)分割發(fā)酵。纖維素水解發(fā)酵生產(chǎn)乙醇采用易于乙醇的回收的同步糖化固體發(fā)酵工藝。酒糟則用來培養(yǎng)假絲酵母生產(chǎn)高蛋白飼料。
科學(xué)性、先進性及獨特之處
- 論文研究探討適合國情的玉米秸稈生產(chǎn)燃料乙醇的清潔生產(chǎn)工藝。研究路線正確，成果具有較高的學(xué)術(shù)水平。其獨特之處是（1）通過對原料組成的成分分離，有效地消除了木質(zhì)素對纖維素酶酶解效果和酵母菌乙醇發(fā)酵的不良影響；（2）在纖維素酶制備中，采用酒糟回用和分割發(fā)酵技術(shù)，使原料得到充分利用并有效地提高了纖維素酶曲的酶活和纖維素酶生產(chǎn)的效率。
應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義
- 論文主要對玉米秸稈的預(yù)處理技術(shù)、纖維素酶發(fā)酵技術(shù)、纖維素酶解與乙醇發(fā)酵技術(shù)和酒糟綜合利用技術(shù)等纖維原料燃料乙醇生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)進行了研究，取得階段性研究成果，確定了一條可行的玉米秸稈生產(chǎn)燃料乙醇的清潔生產(chǎn)技術(shù)路線，具有很好的實際應(yīng)用價值，并對今后纖維原料燃料乙醇的生產(chǎn)具有指導(dǎo)意義。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 論文針對玉米秸稈制備燃料乙醇過程中的瓶頸問題進行了研究。玉米秸稈制備燃料乙醇關(guān)鍵步驟包括原料預(yù)處理、纖維素制備、纖維素水解與發(fā)酵及乙醇的回收等，實驗結(jié)果證明，經(jīng)丙酸處理后，玉米秸稈的木質(zhì)素去除率可達60.61%，半纖維素去除率為98.5%，纖維素保留率為90.68%。在處理后的秸稈中添加10%酒糟與適量營養(yǎng)鹽，調(diào)節(jié)pH和含水量分別至4.8和70%，采用TJK-108纖維素酶高產(chǎn)菌株，通過分割發(fā)酵法制備纖維素酶，30℃培養(yǎng)4～6天后，所得固體曲的纖維素酶活最高可達340U/g。將固體曲與處理后的玉米秸稈等量混合（加水比為2），接入酵母菌，于36℃培養(yǎng)3天，酒精產(chǎn)率可達0.326g/g底物。
獲獎情況
- 無
鑒定結(jié)果
- 無
參考文獻
- [1] Hideshi Yanase, Koji Nozaki,Kenji Okamoto. Ethanol production from cellulosic materials by genetically engineered Zymomonas mobilis[J].Biotechnology Letters,2005,(27): 259~263. [2] S.Hari Krishna, T.Janardan Reddy, G.V.Chowdary. Simultaneous saccharification and fermentation of lignocellulosic wastes to ethanol using a thermotolerant yeast[J]. Bioresource Technology, 2001，77:193~196. [3]孫智謀，蔣磊，張俊博，等.世界各國木質(zhì)纖維素原料生物轉(zhuǎn)化燃料乙醇的工業(yè)化進程J.釀酒科技，2007，91-94 [4] LYND L R,WEIMER, P JVAN W H. Microbial cellulose utilization: fundamentals and biotechnology [J].Microbiol Mol Biol Rev，2002，66(3):506～577． [5] Sun Tao, Liu Beihui, Li Zuohu, Liu Deming. Effects of air pressure amplitude on cellulase productivity by Trichoderma iride SL-l in periodic pressure solid state fermenter[J].Process Biochemistry,1999,(34):25~29.
同類課題研究水平概述
- 燃料乙醇產(chǎn)業(yè)最發(fā)達的兩個國家是巴西和美國。巴西約有320多家燃料乙醇生產(chǎn)企業(yè)，1400萬噸/年的乙醇生產(chǎn)規(guī)模，大部分企業(yè)實行燃料乙醇和糖聯(lián)產(chǎn)。美國在燃料乙醇的生產(chǎn)上仍然是世界乙醇生產(chǎn)的領(lǐng)頭羊，在將纖維素轉(zhuǎn)化為燃料酒精的研究、生產(chǎn)和應(yīng)用方面也走在世界的前列。美國加州大學(xué)Berkeley分校采用的流程是纖維素水解與發(fā)酵同步進行，該工藝以粉碎的玉米芯為原料，再用稀酸水解，將半纖維素水解成木糖等產(chǎn)物。該流程的酸水解是連續(xù)進行的，反應(yīng)器中的纖維原料含量為5%，玉米芯水解率達40%，水解液中糖為2.6%，然后采用多效蒸發(fā)器濃縮至糖濃度為11%再進行發(fā)酵。美國維吉尼亞州立大學(xué)利用80%的濃磷酸循環(huán)使用進行木質(zhì)纖維素“溶解性分離”的研究，然后經(jīng)纖維素酶水解，得到較純的葡萄糖，其得率達到35%。 我國在纖維素乙醇技術(shù)開發(fā)上也取得了一些重要進展。許多研究機構(gòu)以玉米芯、玉米秸稈、廢木屑為原料，用蒸汽爆破或濕氧化預(yù)處理技術(shù)、稀鹽酸水解和氯化亞鐵為催化劑的水解技術(shù)、白腐菌生物降解技術(shù)，并通過選育高效纖維素酶菌株等探討實現(xiàn)木質(zhì)纖維素發(fā)酵生產(chǎn)乙醇，并與企業(yè)合作初步完成示范性中試生產(chǎn)。 迄今為止，全世界已經(jīng)建有幾十套纖維質(zhì)原料經(jīng)纖維素酶水解成單糖的中試生產(chǎn)線或小試生產(chǎn)線。纖維燃料乙醇在國內(nèi)外研究正步入一個新的時代，在一些關(guān)鍵技術(shù)上取得了重要的進展，并建立了多個示范性工廠。但整體上，由于在預(yù)處理技術(shù)、纖維素酶生產(chǎn)技術(shù)、戊糖己糖發(fā)酵菌株構(gòu)建、發(fā)酵工藝的選擇、乙醇的回收等方面還沒有取得根本性的突破，單位燃料乙醇的生產(chǎn)成本很高，要實現(xiàn)木質(zhì)纖維素燃料乙醇發(fā)酵生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)化還有一定的距離。
