海帶發(fā)酵制取生物乙醇的影響因素與優(yōu)化條件

第11卷第6期生物加工過(guò)程Vol 11 No 62013年11月Chinese journal of Bioprocess EngineeringNov.2013doi:10.3969jiss.1672-3678.2013.06.001海帶發(fā)酵制取生物乙醇的影響因素與優(yōu)化條件夏天虹,翁煥新(浙江大學(xué)環(huán)境與生物地球化學(xué)研究所,杭州310027)摘要:針對海帶的碳水化合物不易被單一菌株發(fā)酵轉化為乙醇的難題,通過(guò)酸化、勻漿和消化等預處理和正交試驗,利用多酶系多菌種微生物復合發(fā)酵劑的釀酒曲,研究海帶發(fā)酵制取生物乙醇的影響因素與優(yōu)化條件。結果表明:在預處理試驗中,加入一定量的Na2CO3,可以提高海帶液中還原性糖和總糖的含量;消化溫度對總糖影響相對較大,而對還原性糖的影響較小;過(guò)濾不利于得到較高濃度的乙醇;在優(yōu)化條件中,發(fā)酵液的初始酸堿度是最重要的,其次是發(fā)酵溫度和基質(zhì)濃度,發(fā)酵液體積的影響程度相對較小。在基質(zhì)(海帶)質(zhì)量濃度為0.15gL、溫度34℃、起始pH6.5和發(fā)酵液體積200mL時(shí),可以獲得最大的乙醇產(chǎn)量4.09g(以100g海帶計)。關(guān)鍵詞:生物乙醇;發(fā)酵;海帶中圖分類(lèi)號:TQ517文獻標志碼:A文章編號:1672-3678(2013)06-0001-0The influencing factors and optimization of ethanoproduction from kelp fermentationXIA Tianhong WENG HuanxinInstitute of Environment Biogeochemistry, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China)Abstract: Kelp( Laminaria japonica)was acidified, homogenized, or digested, and then added into brothof Angel Distillers yeast for further fermentation. The influencing factors were determined and optimizedThe results showed that, the content of reducing sugar and total sugar could be increased by addingNa,CO, during pretreatment. The digestion temperature had more effect to the total sugar content than thereducing sugar content Filtration raised concentration of ethanol. Among the factors affecting the ethanolproduction, the initial pH of fermentation was the most remarkable one, and fermentation temperature andinitial kelp concentration came second. When the initial kelp concentration was 0. 15 g/L, thefermentation temperature 34C, the initial pH 6. 5 and the volume of fermentation was 200 mL, themaximum ethanol concentration was reached, with the equivalent of 4.09 g ethanol per 100 g kelp. Thisyork provides scientifie basis and technical support for finding an operational path in ethanol productionfrom kelp fermentationKey words: ethanol; fermentation; kelp生物乙醇是一種理想的可再生生物能源,它可土地資源,也不使用化肥和淡水資源,且產(chǎn)量高。以從不同的生物質(zhì)原料中制取。海帶生長(cháng)不依靠在眾多的生物能源原料中,海帶具有明顯優(yōu)勢,被收稿日期:2012-10-20基金項目:國家自然科學(xué)基金(40873058)者簡(jiǎn)介:夏天虹(1987—),女,四川宜賓人,碩士研究生,研究方向:生物質(zhì)乙醇;翁煥新(聯(lián)系人)教授Emal:gswenghx@iju,edu.cn生物加工過(guò)程第11卷認為是典型的第三代生物能源原料。利用海帶消化法作為后續發(fā)酵的前處理,并通過(guò)正交試驗,制備生物乙醇不僅可以避免能源與糧食的沖突,而分析各種影響因素,確定能夠獲得生物乙醇產(chǎn)量較且海帶不含木質(zhì)素,有利于海帶制取乙醇的預處高的優(yōu)化條件,以期為開(kāi)發(fā)大型褐藻(海帶)生物能理。另外,規?；N植海帶一方面有利于沿海污染源提供科學(xué)依據和技術(shù)支撐海域生態(tài)環(huán)境的修復,另一方面藻類(lèi)植物的光合作用可以固定空氣中的CO2,減少溫室氣體的凈排放。1材料與方法因此,大型海藻(海帶)是提取生物乙醇最理想的原1.1材料料之海帶( Laminaria japonica)購于市場(chǎng)。將海帶試海帶中的碳水化合物含量可達30%-50%34,樣剪碎成小塊,放入60℃的烘箱中千燥,至恒質(zhì)量但其組成較復雜,多以多聚糖的形式存在,如褐后取出,經(jīng)粉碎機粉碎至0.177~0.841mm,密封在藻酸和纖維素等,難以通過(guò)單一菌株使海帶進(jìn)行試樣袋中待用。糖化同時(shí)發(fā)酵。因而依靠單一菌株發(fā)酵海帶具釀酒曲:安琪酵母股份有限公司,屬于多酶系有很大的局限性4-3。Lee等6研究發(fā)現,這個(gè)多菌種微生物復合發(fā)酵劑,主要含有釀酒酵母和根局限性可由不同微生物,即多種菌共同發(fā)酵來(lái)克霉菌服,也可通過(guò)基因工程的方法以達到高效制取12方法生物乙醇的目的。 Wargacki等通過(guò)基因工程1.2.1預處理試驗手段建立了一個(gè)可同時(shí)降解、攝取以及代謝海藻海帶的碳水化合物組成測定見(jiàn)表1。從表1可酸鈉的微生物平臺,利用此系統,海帶糖分轉化知:6種碳水化合物占被試海帶干質(zhì)量的51.32%為乙醇可達最大理論產(chǎn)值的80%。但是,這是一其中褐藻酸所占比例最大,達到30.52%,其次是甘個(gè)非常復雜的綜合工藝,工業(yè)化實(shí)施過(guò)程存在較露醇和粗纖維,分別為12.27%和5.43%,能被發(fā)酵大困難。我國的釀酒歷史悠久,釀酒曲能夠提供菌直接利用的淀粉和還原性糖不到2%。由此可豐富的發(fā)酵菌種和酶系,有利于海帶的糖化和見(jiàn)海帶不利于直接發(fā)酵,通過(guò)預處理可以提高初發(fā)酵同時(shí)進(jìn)行。始發(fā)酵液中的還原性糖和總糖含量。為了確定合為了探索相對簡(jiǎn)便且可行的海帶制取生物乙適的預處理方式進(jìn)行方法的選擇試驗和影響因素醇的工藝路徑,筆者對比了幾種預處理方法,選擇試驗。表1海帶的碳水化合物組成Table 1 Components of carbohydrate in the kelp成分褐藻酸甘露醇海帶淀粉粗纖維褐藻糖膠還原性糖含量/%12.275.430.241)預處理方法的選擇試驗。稱(chēng)取1.5g粉碎海1.5g粉碎海帶于攪拌機中,加去離子水100mL,經(jīng)帶于250mL燒杯中,加100mL去離子水,在不同條1min處理后制備為勻漿,分別加入Na2CO30.3、件下進(jìn)行預處理試驗:①將試樣直接放入65℃恒溫0.60.9、1.2和1.5g,放置于65℃的恒溫水浴中水浴中加溫消化;②用2mmol/LHCl調海帶液pH加溫Ih,分別測定還原性糖和總糖含量。至2,在65℃恒溫水浴中加溫消化;③海帶液經(jīng)攪3)消化時(shí)間和溫度的影響試驗。稱(chēng)取1.5g粉拌機Ⅰmin處理后制備為勻漿,放入65℃恒溫水浴碎海帶于攪拌機中,加去離子水100mL,1min勻中加溫消化;④勻漿后直接放置于常溫消化;⑤加漿,再加入0.6gNa2CO3制備成一個(gè)取樣時(shí)間的試入0.6gNa2CO3后放置于室溫下消化;⑥海帶液經(jīng)樣,一組(6個(gè)試樣)放入65℃恒溫水浴中加溫消勻漿后加0.6gNa2CO3,在65℃恒溫水浴中加溫消化,另一組(6個(gè)試樣)放置于室溫消化,分別消化化。以上每種處理的消化時(shí)間均為1h,然后分別測0、15、30、45、60和90min后取樣,測定還原性糖和定還原性糖和總糖的含量?？偺堑暮?。2)Na2CO3含量對消化反應的影響試驗。稱(chēng)取4)過(guò)濾對發(fā)酵的影響試驗。稱(chēng)量15g粉碎海第6期夏天虹等:海帶發(fā)酵制取生物乙醇的影響因素與優(yōu)化條件帶,加1500mL去離子水,制備為勻漿放入382結果與討論Na2CO3后于65℃恒溫水浴1h。預處理后的海帶液分成2組,一組為原始海帶液,另一組海帶液經(jīng)42.1Na2CO提高還原性糖和總糖的作用層紗布過(guò)濾,兩者分別調pH至6.5后,量取150ml圖1顯示了經(jīng)過(guò)不同預處理后海帶液中總糖和于250mL錐形瓶中,121℃下滅菌20min,冷卻至還原性糖的含量變化。從圖1可知:將海帶顆粒在常溫后加入0.2g釀酒曲,用厭氧塞封口,在30℃65℃恒溫水浴中進(jìn)行加溫1h或經(jīng)過(guò)酸處理,溶出下,100r/min恒溫振蕩器中培養,在不同的時(shí)間內的還原性糖和總糖雖然都略有增加,但不如直接將取液,分別測定還原性糖、總糖和乙醇的含量。試樣制備成勻漿效果明顯,這表明通過(guò)勻漿處理可1.2.2發(fā)酵試驗以破壞海帶組織結構,使部分糖分溶出。在勻漿中將海帶經(jīng)過(guò)勻漿后,每克添加0.2gNa2CO3于加入Na2CO3,并在65℃下恒溫加熱消化,可以獲得65℃恒溫水浴中進(jìn)行預處理1h。然后用2moL較高的還原性糖和總糖,分別為668和13667mgHCl調節海帶液pH,量取至250mL錐形瓶中,放入(以1g海帶計)。這是由于褐藻膠是海帶細胞壁的121℃滅菌鍋中滅菌20min,取出后放置于無(wú)菌操重要組成部分,且Na2CO3可以與褐藻酸鈣鹽(褐藻作臺待冷卻每150m海帶液中加入0.2g釀酒膠在海帶中的主要存在狀態(tài))發(fā)生消化反應,使曲,用厭氧塞密封錐形瓶,于100r/min恒溫振蕩器海帶細胞膨脹而破壞,結果導致海帶中的糖分溶中培養。選擇基質(zhì)(預處理后的海帶)質(zhì)量濃度、發(fā)出,從而使溶液中還原性糖和總糖濃度提高。酵溫度、滅菌前起始p和發(fā)酵液體積4個(gè)因子,進(jìn)行正交試驗L16(4),因子水平見(jiàn)表2。發(fā)酵160h,還原性糖18總糖測定乙醇的濃度值。02040508101214180表2L5(4“)正交設計因子水Table 2 Factors and levels of L1 (4 )orthogonal design2因子水平溫度顆粒酸處理勻漿消化1消化2消化3初始V(發(fā)酵液)/(基質(zhì))處理方法顆粒65℃恒溫水浴;酸處理一pH=2,65℃恒溫水浴;6.5750.075勻漿一勻漿后65℃恒溫水浴;消化1一常溫下加Na2CO3;25.51000.10消化2-勻漿后常溫條件;消化3-勻漿后加Na2CO365℃恒溫水浴4.5圖1不同處理海帶液中還原性糖和總糖含量0.150Fig. 1 Content of reducing sugar and total sugarin the extract after different treatments1.2.3試樣分析1)還原性糖和總糖測定。反應液的pH調至圖1左上角小圖顯示了消化液中還原性糖和總6~9后,取10mL于離心管中,400r/min離心15糖含量隨Na2CO3添加量的變化?？梢钥吹?當min,取上清液。還原性糖用3,5-二硝基水楊酸比Na2CO3的添加量逐漸增大時(shí)(0~0.3g),消化液中色法測定;總糖用苯酚-H2SO4比色法測定。還原性糖和總糖濃度快速上升,當添加量為0.3g2)乙醇測定。取50mL發(fā)酵液于250mL圓底時(shí),還原性糖和總糖質(zhì)量濃度分別達到0.093和燒瓶中,加入50mL去離子水和幾顆玻璃珠,裝好蒸2.08mgmL。當Na2CO3的添加量從0.3g增加到餾裝置,用50mL容量瓶接收(外用冰水浴),小火0.6g時(shí),消化液中的還原性糖和總糖濃度略有增加熱蒸餾至接近刻度50mL,定容、搖勻。取10mL加,然后隨著(zhù)Na2CO3添加量繼續增加,消化液中的H2SO4和10mLK2Cr2O1(1:1)于50mL容量瓶中,還原性糖和總糖濃度不再增加,這表明了此時(shí)消化冷卻后加入25mL蒸餾液,定容后混勻,放置10反應破壞海帶細胞壁已飽和。季仲強“研究發(fā)現,min,在594m下測定吸光度2-13。重復試樣的分增加NaCO3會(huì )加大消化液中的鹽度,盡管釀酒酵母析誤差小于5%。能耐受一定的鹽度,對乙醇產(chǎn)率影響不大4,然而生物加工過(guò)程11高鹽溶液對微生物具有毒害和抑制作用。因此,力(0,當發(fā)酵一段時(shí)間后,其轉化的還原性糖大于選擇Na2CO3的添加量為0.3g(相當于0.2g/g干海發(fā)酵消耗的還原性糖,還原性糖濃度開(kāi)始上升,隨帶)時(shí),可以較大限度地破壞海帶細胞壁,從而獲得著(zhù)發(fā)酵的進(jìn)行,還原性糖濃度持續下降較大的還原性糖和總糖含量,同時(shí)鹽度相對較低。2.2時(shí)間和溫度對消化反應的影響14圖2顯示了海帶液中還原性糖和總糖含量隨消未過(guò)濾還原性糖化時(shí)間的變化。由圖2可知:消化液中還原性糖和◆未過(guò)濾總糖過(guò)濾還原性糖總糖的含量開(kāi)始時(shí)隨時(shí)間的增加而逐漸增加,而后過(guò)濾總糖隨著(zhù)消化時(shí)間的延長(cháng)有下降的趨勢。如常溫下消化反應的總糖在30min時(shí)達到最大值1.44020406080100120140160180200時(shí)間hmg/mL,而還原性糖在45min時(shí)達到0.099mg/mL(a)過(guò)濾前后糖含量的變化的最大值,隨著(zhù)反應的進(jìn)行,總糖和還原性糖的含量均開(kāi)始下降;65℃下消化時(shí),還原性糖和總糖的0.25020日過(guò)濾■未過(guò)濾增加速率比常溫下消化要快,在30min時(shí)達到還原0.15性糖的最大值,之后緩慢下降,總糖在60min時(shí)達到最大值后下降。消化溫度對還原性糖濃度影響005相對較小,在45min時(shí),65℃和常溫下的還原性糖濃度值相差較小;溫度對總糖濃度影響比對還原性01224406488112136160184時(shí)間h糖濃度影響大,65℃下的消化效果明顯優(yōu)于常溫消(b)過(guò)濾前后乙醇產(chǎn)量的變化化,在65℃下消化60mn時(shí),總糖量達到最大值圖3海帶液過(guò)濾與未過(guò)濾處理后的發(fā)酵情況(2.058mg/mL)。Fig 3 Results of fermentation after kelp liquid with andwithout filtration and no treatment發(fā)酵初期主要由釀酒酵母直接利用易發(fā)酵的E原始還原性糖作為發(fā)酵底物,因此過(guò)濾海帶液和未過(guò)濾海帶液發(fā)酵產(chǎn)生的乙醇含量接近(圖3(b))。008常溫還原性糖亠65℃還原性糖但隨著(zhù)發(fā)酵的進(jìn)行,乙醇的產(chǎn)生需要根據根霉的水0153045607590解和糖化能力。釀酒曲中微生物的作用與底料濃時(shí)間min度有密切關(guān)系,在一定范圍內,微生物生長(cháng)量和酶圖2消化時(shí)間對還原性糖和總糖含量的影響反應速度均隨著(zhù)底料濃度的增加而成正比的增大。Fig 2 Effects of digesting time on reducing sugar and由于未過(guò)濾的海帶液底料濃度比過(guò)濾的高,因此,total sugar contents with digesting time未過(guò)濾海帶液中的徵生物生長(cháng)量大,酶濃度高,代謝快,還原性糖消耗快,產(chǎn)生更多乙醇。在40h時(shí)2.3過(guò)濾對發(fā)酵影響后,過(guò)濾的海帶液的乙醇含量幾乎保持不變,而未圖3顯示了海帶液過(guò)濾前后發(fā)酵情況。從圖3經(jīng)過(guò)過(guò)濾的海帶液發(fā)酵的乙醇濃度則繼續增加,并(a)可以看到,經(jīng)滅菌后的未過(guò)濾海帶液總糖比過(guò)在160h達到最大值0.232mL/L濾的總糖質(zhì)量濃度大0.2mg/mL,在之后的發(fā)酵過(guò)褐藻膠黏性較大,4層紗布過(guò)濾海帶液可將大程中,總糖含量下降,到24h后,由于釀酒曲中多種多褐藻膠及相應的纖維素去除。釀酒曲中含多種微生物共同作用,與褐藻膠緊密結合的碳水化合物酶及微生物,在發(fā)酵的過(guò)程中,主要成分的微生物溶于溶液中,總糖含量明顯增加,而后持續下降。根霉可產(chǎn)纖維素酶,能利用轉化海帶中的纖維素。經(jīng)滅菌后,過(guò)濾海帶液和未過(guò)濾海帶液的還原性糖因此,未過(guò)濾的海帶液能進(jìn)一步利用纖維素發(fā)酵得含量無(wú)明顯差別,這表明過(guò)濾對還原性糖的初始值到較高的乙醇濃度。這個(gè)實(shí)驗結果表明,過(guò)濾不利影響不大。由于根霉菌具有較強的糖化力和液化于發(fā)酵得到較高的乙醇濃度。第6期夏天虹等海帶發(fā)酵制取生物乙醇的影響因素與優(yōu)化條件2.4最佳發(fā)酵條件的確定間呈現出不同的變化趨勢,其中,9號試驗產(chǎn)生的乙采取添加0.2gNa2CO3于65℃恒溫水浴中1h醇體積濃度最大,在160h時(shí)達0.7285mL/L,相當的預處理,不過(guò)濾直接進(jìn)入優(yōu)化條件試驗。為了確于100g千海帶產(chǎn)3.84g乙醇;其次是試驗10,在定最優(yōu)化的發(fā)酵條件,選擇發(fā)酵溫度初始pH、發(fā)酵4h時(shí)乙醇體積濃度為06308mLL(100g千海液體積和基質(zhì)濃度4個(gè)基本參數,作為控制因子進(jìn)帶產(chǎn)3.99g乙醇),特別是試驗13,雖然在112h時(shí)行海帶發(fā)酵的正交試驗。表3列出了各正交試驗的達到的最大乙醇體積濃度為0.5372mL/L,沒(méi)有試乙醇含量。驗9和試驗10那樣高,但是卻獲得了全部試驗的最從表3可以看出,各正交試驗組乙醇含量隨時(shí)大產(chǎn)率:100g干海帶可產(chǎn)425g乙醇。表3正交試驗結果Table 3 Results of orthogonal experimentφ(乙醇)(mL·L1)試驗號64h88h112h160 h0.02820.05650.06580.09410.075320.09410.07520.12230.15060.13170.15060.07530.10430.13320.12160.12160.12740.02890.04050.04630.06370.06950.15060.37500.35360.10880.03260.03260.038156780000000.47330.48400.43520.41340.47870.51140.12430.33500.25940.35660.33500.29720.01620.02700.03780.07560.10270.07560.49260.18620.13220.28840.48660.72850.63080.40250.28840.34240.21630.24031100.23100.10730.04830.03220.01610.010700.01610.00540.00540.00540.005400.45330.14550.53720.49240.50360.34100.25180.17350.17900.23500.212600.30060.43110.47070.50480.41400.31760.01700.04530.03970.03970.02830.0510表4列出了各正交試驗乙醇最大含量的極差分內,最優(yōu)的發(fā)酵條件:34℃初始pH6.5、發(fā)酵液體析結果,表4給出的數據顯示,對于溫度因素,第3積200mL和基質(zhì)質(zhì)量濃度0.15g/L水平34℃的T值為16225,明顯大于該因素的其在溫度、初始pH發(fā)酵液和基質(zhì)濃度4個(gè)因子他水平值;對比初始pH一列的各T值大小,可以確中,極差(R)大小的排序:初始pH(R=0.3519)、溫定該因素的最佳水平為初始pH=6.5(T1=度(R=0.2712)、基質(zhì)濃度(R=0.2656)、發(fā)酵液1.7437);同理,分別對比發(fā)酵液和基質(zhì)濃度的T(R=0.1947)。從R值的這個(gè)排序可知:在海帶制值,可得到發(fā)酵液為第4水平200mL時(shí)(T4=取乙醇發(fā)酵過(guò)程的各影響因素中,發(fā)酵液的初始酸16754)以及基質(zhì)濃度為第4水平的0.15g/L時(shí)堿度是最重要的,其次是發(fā)酵溫度和基質(zhì)濃度,來(lái)(74=1.8953)效果最佳。這表明,在此試驗范圍發(fā)酵液體積的影響程度相對較小。第1l卷表4釀酒曲正交試驗各組乙醇最大含量的極差分析Table 4 Range analysis of the maximum ethanol content by Angel Distiller's yeastin different groups of orthogonal experiments試驗號溫度初始pHY(發(fā)酵液)/(基質(zhì))/q(乙醇)(g·L-)(mL L15.51000.15064.50.13322.50.1500.15060.1250.37505.50.1500.51142000.0750.35662.50.10271500.1500.72855.50.1250.6308750.1000.23100.0750.03226.50.1000.53725.51500.0750.34104.50.1500.5048162.50.051070.53741.74370.89640.8326721.06241.02l01.62251.22561.30491.1902T.1.43400.33581.6754K0.13440.43590.22410.2082K0.33630.40850.26560.25520.40560.30640.32620.2975KKR0.35850.08400.41880.47380.27120.35190.2656注:T為各因素第i個(gè)水平試驗指標之和;K為各因素第i個(gè)水平試驗指標的平均數;R極差值F檢驗結果也表明(表5),在顯著(zhù)水平為0025制取乙醇試驗,圖4顯示了用基質(zhì)質(zhì)量濃度為0.15時(shí)初始pH、溫度及基質(zhì)濃度對乙醇含量影響顯著(zhù),g/L的發(fā)酵液200mL,以初始pH為6.5和34℃下而發(fā)酵液體積對乙醇含量影響不顯著(zhù);當顯著(zhù)性水進(jìn)行發(fā)酵制取乙醇的情況,從圖4可知:發(fā)酵進(jìn)行平為005時(shí),這4個(gè)因子對乙醇生產(chǎn)濃度的影響都24h時(shí),乙醇體積濃度達到最大值,為0.7873mL/L比較顯著(zhù)。如果除去釀酒曲自身產(chǎn)出的乙醇,這時(shí),乙醇的產(chǎn)根據正交試驗確定的最佳條件,進(jìn)行海帶發(fā)酵率相當于4.09g乙醇(以100g海帶計)。以海帶批第6期夏天虹等:海帶發(fā)醉制取生物乙醇的影響因素與優(yōu)化條件發(fā)價(jià)3元/kg,乙醇7500元/t四計算,本文的乙醇從而使還原性糖大于其發(fā)酵的消耗量。隨著(zhù)發(fā)酵產(chǎn)值仍低于生產(chǎn)成本,但可結合褐藻膠和生物碘的時(shí)間的延長(cháng),還原性糖濃度逐漸下降。提取共同開(kāi)發(fā)以降低成本和增加產(chǎn)值。隨著(zhù)發(fā)酵時(shí)間的延長(cháng),乙醇的濃度迅速降低,當60h后,乙醇10r-0釀酒曲釀消曲一還原性糖酸酒曲一總糖釀酒曲+海帶三30但帶,細酒能體積濃度在0.1~0.2mL/L之間波動(dòng)。乙醇濃度在發(fā)酵24h達到峰值后開(kāi)始下降,說(shuō)明酵母開(kāi)始消耗乙醇,一般只有當糖類(lèi)質(zhì)量濃度下降至4mg/L時(shí)N才出現這種情況,但此臨界濃度隨酵母菌種、培養條件等不同而有所不同。實(shí)驗中海帶基質(zhì)濃度53045607590105120135150165很低是峰值乙醇濃度值不高的最主要原因,可考慮時(shí)間/h液化降黏和補料措施提高乙醇濃度,并維持較高圖4優(yōu)化條件的發(fā)酵情況濃度。Fig 4 Fermentation under the optimum conditions表5發(fā)酵正交試驗方差分析Table 5 Analysis of variance of orthogonal experiments 3 s te方差來(lái)源偏差平方和自由度方差估計值F在預處理試驗中,向海帶液中加入一定量的0.17210.057420.7169Na2CO3,可明顯地提高消化液中的還原性糖和總糖初始p0.30630.102236.9065濃度,且適宜的Na2CO3劑量為03g。預處理時(shí)間發(fā)酵液體積0.085830.028610.3286和溫度會(huì )影響海帶的消化反應影響總糖和還原糖基質(zhì)濃度0.161430.053819.4284的溶出。消化溫度對還原性糖的含量影響較小,而誤差0.0083對總糖含量的影響較大,65℃條件下的消化效果明總和0.734215顯優(yōu)于常溫消化。65℃條件下,預處理60min時(shí),還原性糖和總糖相對較高。海帶液經(jīng)過(guò)濾后總糖Fa5(3,3)=15.44Fas(3,3)=9.28含量相應降低,未過(guò)濾的海帶液發(fā)酵產(chǎn)生的乙醇濃度明顯高于過(guò)濾液產(chǎn)生的乙醇濃度。圖4右上角小圖顯示了釀酒曲與海帶+釀酒曲對于消化預處理釀酒曲發(fā)酵海帶制取生物乙醇的總糖和還原性糖隨發(fā)酵時(shí)間的變化。從圖4右上的最佳條件溫度34℃初始pH6.5發(fā)酵液體積為角小圖中可以看到發(fā)酵劑釀酒曲中的還原性糖和200m和基質(zhì)質(zhì)量濃度0.15g/L。在顯著(zhù)性水平為總糖的起始質(zhì)量濃度分別為0.0177和0.17640.05時(shí),發(fā)酵基質(zhì)濃度、發(fā)酵恒溫培養溫度、滅菌前起mgm,隨著(zhù)發(fā)酵的進(jìn)行,還原性糖和總糖濃度快速始pH和發(fā)酵液體積4個(gè)因子對乙醇含量的影響都比下降到較低水平,對海帶制取乙醇的貢獻值不大較顯著(zhù),其中,發(fā)酵液的初始酸堿度是最重要的,其次在海帶+釀酒曲中,還原性糖和總糖的起始質(zhì)量濃是發(fā)酵溫度和基質(zhì)濃度,發(fā)酵液體積的影響程度相對度分別為0075和23mg/mL,在0-24h的發(fā)酵較小。在優(yōu)化條件下海帶發(fā)酵24h時(shí)可得到最大時(shí)間內,總糖濃度上升,隨著(zhù)發(fā)酵時(shí)間的延長(cháng),總糖乙醇含量產(chǎn)量409g(以100g海帶計)。濃度逐漸減少,但發(fā)酵進(jìn)行到64~112h時(shí),總糖濃度再次上升,此時(shí),發(fā)酵液從原來(lái)的稠黏狀轉變?yōu)閰⒖嘉墨I:了半流體狀液體,p也明顯下降,這可能是隨著(zhù)發(fā)(1]chcs, Lee K T. A visionary and conceptual macroalge-based酵的進(jìn)行,原黏附在褐藻膠上的糖分進(jìn)入發(fā)酵液third-generation bioethanol( TGB) biorefinery in Sabah, Malaysia中,反映了發(fā)酵液的環(huán)境因素對總糖濃度產(chǎn)生的影as an underlay for renewable and sustainable development[J]響。在發(fā)酵0~24h時(shí),還原性糖濃度明顯上升,這Renew Sustain Energy Rev, 2010, 14(2): 842-848一方面是由于釀酒曲中含有還原性糖,在加菌的同21pa1,mJW,ms1, et al. Production of hydrogen from時(shí)增加了發(fā)酵液的還原性糖,另一方面是釀酒曲中narine macro-algae biomass using anaerobic sewage sludgemicroflora[ J]. Biotechnol Bioprocess Eng, 2009, 14(3): 307-315根霉菌的糖化作用,將溶液中的多糖轉化為單糖,[3]紀明侯,張燕霞我國經(jīng)濟褐藻的化學(xué)成分研究:各種經(jīng)濟褐生物加工過(guò)程第11卷藻的主要成分[海洋與湖沼,1962,4(3/4):161168[11]郡雪嶺,毛歆,郭一清.生物化學(xué)與分子生物學(xué)實(shí)驗指導[4]季仲強近岸海域氮磷污染生態(tài)修復與大型海藻生物能源提[M].武漢:武漢大學(xué)出版社,2003:159160.取研究[D].杭州:浙江大學(xué),2011.[12]魏冬梅張艷芳,張予林利用比色法測定葡萄酒的酒精度[5]張志奇翁煥新海帶發(fā)酵生產(chǎn)乙醇及其影響因素的控制研[J].食品工業(yè),2001(4):4546究[J]能源工程,2006(6):915[13]馬美范,王君高比色法測定醬油中乙醇含量[].中國調味[6] Lee S M, Lee J H. 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