酶法降解玉米芯以制備燃料乙醇的研究

廣東技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué))2014年第7期Journal of Guangdong Polytechnic Normal UniversityNo7,2014酶法降解玉米芯以制備燃料乙醇的研究李永蓮1,劉文鋒2,陽(yáng)元娥1(1廣東輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院,廣東廣州510300;2廣東工業(yè)大學(xué),廣東廣州510006)摘要:目的:研究酶法降解玉米芯的最佳工藝和酵母菌發(fā)酵的最佳工藝.方法:采用纖維素酶對玉米芯進(jìn)行酶解,采用酵母菌對酶解液進(jìn)行發(fā)酵.結果:晦解條件:纖維素酶0.6nL,pH值為5~6,溫度40, Tween-80添加量為1%,微量元素的添加量為0.5%,晦解48h后還原糖濃度達到最大值;發(fā)酵條件:活化后酵母菌的接種量40mL,發(fā)酵溫度30℃,發(fā)酵36h后,乙醇產(chǎn)量的最高.結論:在較佳的酶解和較佳的發(fā)酵條件下,可顯著(zhù)提高晦解率和發(fā)酵率關(guān)鍵詞:玉米芯;纖維素酶;預處理;酶解;發(fā)酵中圖分類(lèi)號:TQ223文獻標識碼:A文章編號:1672-402X(2014)07-0047-05隨著(zhù)社會(huì )的發(fā)展,人類(lèi)對能源的需求越來(lái)越多化石燃料不可再生、儲存量越來(lái)越少,遠遠1材料和方法不能滿(mǎn)足人類(lèi)的需求;而且化石燃料對環(huán)境污1.1材料和儀器染較大,對人類(lèi)的生存環(huán)境造成威脅所以迫切玉米芯:購自廣西桂林,過(guò)60目篩后放置需要開(kāi)發(fā)可再生能源.乙醇是環(huán)保、清潔、支持烘箱,75℃烘24h至水分含量恒定,待用汽油充分燃燒的液體燃料,可通過(guò)生物質(zhì)發(fā)酵液體纖維素酶:購自諾維信公司得到,是最有發(fā)展前景的可再生能源.生物質(zhì)可釀酒酵母:購自安琪酵母股份有限公司再生、種類(lèi)很多,世界上每年產(chǎn)生物質(zhì)的量很酵母活化培養基:酵母膏10g,蛋白胨20g大,已成世界第四大能源目前我國用來(lái)發(fā)酵生葡萄糖20g,蒸餾水1000nL產(chǎn)燃料乙醇的生物質(zhì)主要是玉米、小麥等糧食儀器:立式壓力蒸汽滅菌器(江陰濱江醫療作物,對于中國人多、地少、糧食緊張的現狀很設備廠(chǎng));T-6紫外-可見(jiàn)分光光度計(北京普析不利我國的植物纖維資源極其豐富,農作物廢通用儀器有限公司);電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(上棄物很多,比如玉米芯,大多被燃燒處理或者丟海精宏實(shí)驗設備有限公司);GC90氣相色譜棄,環(huán)境污染大如果將這些纖維原料通過(guò)生物儀(上?？苿?chuàng )色譜儀器有限公司)或化學(xué)技術(shù)降解為葡萄糖,然后進(jìn)一步發(fā)酵制12酶解的影響因素研究備成乙醇,對開(kāi)發(fā)新能源和保護環(huán)境具有重要1.2.1溫度的影響的現實(shí)意義我國玉米年產(chǎn)量居世界第二,每年稱(chēng)取玉米芯10g,置于錐形瓶中,加入被廢棄的玉米芯量很大,如果利用玉米芯發(fā)酵120mL蒸餾水,用NaOH溶液調節pH值至5,設生產(chǎn)燃料乙醇則經(jīng)濟又環(huán)保,具有重要的社會(huì )計2個(gè)重復,加入纖維素酶06mL,分別置于不效益1本文以玉米芯為原料,利用纖維素酶對同溫度:25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃,其進(jìn)行酶解,對酶解過(guò)程的影響因素和發(fā)酵過(guò)100ad/min的恒溫搖床中培養48h程的影響因素進(jìn)行了研究,以探究玉米芯進(jìn)行1.2.2pH的影響發(fā)酵燃料乙醇的可行性和經(jīng)濟性稱(chēng)取玉米芯10g,置于錐形瓶中,加人收稿日期:2014-04-20基金項目:廣東省2006科技攻關(guān)項目[2006B13501002]資助作者簡(jiǎn)介:李永蓮(1985-),女,廣東輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院研究實(shí)習員.研EYH中國煤化工能源化研究通訊作者:陽(yáng)元娥(1974-),女,廣東輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授.研究方CNMH(化研究李永蓮,劉文鋒,陽(yáng)元娥:酶法降解玉米芯以制備燃料乙醇的研究第7期120mL蒸餾水,設計2個(gè)重復,加入纖維素酶13.3酵母用量的影響0.6mL,調節到不同的pH:2、3、45、6、7、8,然在酶解液中加入活化后的酵母菌液20、30、后置于40℃,100rad/min的恒溫搖床中培養40、50、60、70mL,密封,分別置于發(fā)酵溫度為48h,每隔4h取樣1.mI35℃、100rad/min的恒溫搖床中發(fā)酵48h,停止發(fā)12.3纖維素酶液用量的影響酵,過(guò)濾除渣,精餾濾液后,氣相色譜進(jìn)行乙醇稱(chēng)取玉米芯10g,置于錐形瓶中,加入產(chǎn)量檢測120mL蒸餾水,用NaOH溶液調節pH值至5,設計2個(gè)重復,加入纖維素酶:0、0.2,04.063實(shí)驗結果與討論0.8、1mL,然后置于40℃,100rad/min的恒溫搖3.1酶解過(guò)程的影響因素床中培養48h3.1.1溫度對酶解的影響124時(shí)間的影響溫度對酶促反應的影響主要有兩個(gè)方面:稱(chēng)取玉米芯10g,置于錐形瓶中,加入(1)影響酶的熱變性失活作用,也就是影響酶蛋120mL蒸餾水,用NaOH溶液調節pH值至5,白的穩定性;(2)影響Vmax和底物、抑制劑、激設計2個(gè)重復,加人纖維素酶0.6mL,置于活劑或輔酶與酶的結合等酶促反應有最適溫40℃,100rad/rmin的恒溫播床中培養,培養72h,度,在最適溫度范圍內,酶促反應速度最大、作每隔6h取樣1mL用效果最好,酶的活性最高、最穩定,但是低于或2.5非離子表面活性劑 Tween-80的影響高于最適溫度,則酶的活性較低或者被破壞.(21稱(chēng)取玉米芯10g,置于錐形瓶中,加人纖維素酶以羧甲基纖維素鈉(CMC-Na)為底物120mL蒸餾水,用NaOH溶液調節pH值至的最適溫度分別為45-60℃.如圖1可見(jiàn),纖維設計2個(gè)重復,加人纖維素酶0.6mL,添加素酶以玉米芯為底物的溫度為40~50℃時(shí),還原Tween-80:0、0.5%、1%、2%、3%(體積分數),置糖含量較髙,溫度繼續升高,還原糖含量降低,于40℃,100rad/min的恒溫搖床中培養48h原因可能是溫度過(guò)高,部分纖維素酶活性被抑2.6微量元素的影響制綜合考慮實(shí)際情況,選定實(shí)驗溫度40℃.稱(chēng)取玉米芯10g,置于錐形瓶中,加人120mL蒸餾水,用NaOH溶液調節pH值至5.0,設計2個(gè)重復,加人纖維素酶0.6mL,加人含882g/ L ZnSO47H2O、1.44g/ L Enso4.H2O、0.5g/LCoCl26H4O、1.05g/LFeO,7H的微量元素溶25液:0、0.2%、0.5%、1.0%、15%(體積分數),置于40℃,100rad/min的恒溫搖床中培養48h1.3發(fā)酵的影響因素研究1.3.1溫度的影響在酶解液中加入活化后的酵母菌液40mL,45505560溫度/℃密封,分別置于發(fā)酵溫度為25℃、30℃、35℃圖1溫度對酶解的影響40℃、45℃、50℃,100rad/min的恒溫搖床中發(fā)酵48h,停止發(fā)酵,過(guò)濾除渣,精餾濾液后,氣相色3.1.2pH對酶解的影響譜進(jìn)行乙醇產(chǎn)量檢測.pH值對酶促反應的影響很大,過(guò)酸、過(guò)堿均13.2時(shí)間的影響可改變酶的空間構象,使酶發(fā)生可逆或不可逆在酶解液中加入活化后的酵母菌液40mL,失活;還能影響酶分子上氨基酸側鏈的解離狀密封,分別置于發(fā)酵溫度為35℃、100ad/min的態(tài),在最適pH值下,酶的催化能力最高由圖2恒溫搖床中發(fā)酵72h,每隔12h取樣檢測乙醇產(chǎn)可知,纖維素酶的最適pH值為5-6率,停止發(fā)酵,過(guò)濾除渣,精餾濾液后,氣相色譜3.1.3H中國煤化工影響進(jìn)行乙醇產(chǎn)量檢測纖維刻CNMHG有效降低纖維第7期李永蓮,劉文鋒,陽(yáng)元娥:酶法降解玉米芯以制備燃料乙醇的研究3.1.4時(shí)間對酶解的影響由圖4可見(jiàn),6~48h范圍內,隨著(zhù)時(shí)間的增加,纖維素酶與玉米芯充分接觸,還原糖含量隨禦時(shí)間的增加而增加,其后繼續延長(cháng)時(shí)間,還原2.5糖含量不再增加,反而略有下降.其原因可能是:(1)酶促反應到一定時(shí)間,纖維素酶與底物玉米芯的結合已飽和;(2)隨著(zhù)時(shí)間的延長(cháng),纖維素酶的活性出現鈍化現象因此,酶解時(shí)間以48h為宜這與趙晶等人3的研究成果基本是致的pH3.1.5非離子表面活性劑 Tween-80對酶解圖2pH值對酶解的影響的影響素酶的成本是酶解過(guò)程中重要的環(huán)節.研究了孫付保4等人研究發(fā)現添加 Tween-80等非不同纖維素酶用量對玉米芯酶解效果的影響.離子性表面活性劑能顯著(zhù)提高底物對纖維素酶如圖3可見(jiàn)纖維素酶的催化反應速度開(kāi)始隨著(zhù)的親和力,提高木質(zhì)纖維素的酶解得率,其作用纖維素酶用量的增加而加快,但是當纖維素酶用機理可能是 Tween-80等非離子性表面活性劑量到一定時(shí),繼續增加用量,酶解得率增加趨于能吸附在木質(zhì)素表面,從而減少木質(zhì)素對纖維平緩,甚至有所下降,原因可能是當纖維素酶用素酶的吸附,這樣減少纖維素酶的損失,使得纖量過(guò)大時(shí),底物的量不夠,反而降低酶解得率,抑維素酶能與纖維素作用充分,酶解效率提高實(shí)制酶解反應因此纖維素酶用量最佳是:0.6mL.驗研究了非離子表面活性劑 Tween-80對酶解的影響,結果發(fā)現可以促進(jìn)酶解.由圖5可知,當Twen-80添加量到1%時(shí),進(jìn)一步添加Twen-80,還原糖濃度幾乎不再變化.從經(jīng)濟角度來(lái)考慮, Tween-80添加量為1%較為適合0.2纖維素霉用量/mL圖3纖維紊用量對薛解的影響Tween-80/%6圖5對酶解的影響倒253.1.6微量元素對酶解的影響微量元素能促進(jìn)酶解反應的進(jìn)行.由圖6可知,在酶解反應添加微量元素,還原糖含量增加,其中加入量為0.5%微量元素時(shí)酶解得率達到最大Tony等人5報道,微量元素對酶解有61218243036424854定的促進(jìn)作用.本實(shí)驗加入微量元素進(jìn)行研究發(fā)時(shí)間h現,加入中國煤化工1提高還原糖濃4時(shí)間對酶解的影響度,當微量HCNMH端時(shí),還原糖濃50李永蓮,劉文鋒,陽(yáng)元娥:酶法降解玉米芯以制備燃料乙醇的研究第7期度最高,繼續增大微量元素的添加量,還原糖濃乙醇產(chǎn)量不再增長(cháng),繼續發(fā)酵,部分乙醇揮發(fā)因度幾乎不增大甚至稍微降低此產(chǎn)量出現下降菜1.5微量元素用量%時(shí)間h圖6微量元對酶解的影響圖8時(shí)間對發(fā)酵的影響3.2發(fā)酵過(guò)程的影響因素323酵母接種量對發(fā)酵的影響3.21溫度對發(fā)酵的影響由圖9所示,乙醇產(chǎn)量開(kāi)始隨著(zhù)酵母接種在乙醇發(fā)酵過(guò)程中,其中的一個(gè)關(guān)鍵因素量的增加而增大,當酵母接種量到40mL時(shí),繼是溫度由圖7可知,溫度維持在30~35℃范圍續增加酵母接種量乙醇產(chǎn)量反而降低.其原因內發(fā)酵效果最佳原因可能是:(1)酵母的生長(cháng)是:酵母接種量過(guò)大時(shí),發(fā)酵液中酵母菌細胞密和作用有一個(gè)最佳溫度,溫度過(guò)高或過(guò)低,酵母度也大,繁殖消耗了過(guò)多的還原糖,所以導致乙的活性會(huì )降低;(2)溫度過(guò)高的時(shí)候,更利于與醇產(chǎn)量低酵母菌競爭葡萄糖的乳酸菌的生長(cháng);(3)溫度的升高會(huì )使得發(fā)酵過(guò)程中部分乙醇揮發(fā).綜合考慮,選定30℃為發(fā)酵溫度002酵母接種量mL圖9酵母接種量對發(fā)酵的影響溫度/℃4結論圖7溫度對發(fā)酵的影響(1)酶解條件:纖維素酶0.6mL,pH值為3.22時(shí)間對發(fā)酵的影響5-6,溫度40℃, Tween-80添加量為1%,微量元如圖8所示,發(fā)酵時(shí)間為36h左右時(shí),乙醇素的添加量為0.5%,酶解48h后還原糖濃度達產(chǎn)率達到最高值,隨著(zhù)發(fā)酵時(shí)間的延長(cháng),乙醇產(chǎn)到最大值率不再增長(cháng),顯平緩趨勢,逐漸慢慢下降.其作(2)發(fā)酵條件:活化后酵母菌的接種量用機制是:乙醇產(chǎn)量開(kāi)始隨著(zhù)發(fā)酵時(shí)間的增長(cháng)40mL,發(fā)酵溫度30℃,發(fā)酵36h后,乙醇的最高而增加,但是當乙醇產(chǎn)量達到一定后,發(fā)酵液中產(chǎn)量可達中國煤化工值0.51g/g葡乙醇密度過(guò)高反而會(huì )不利于酵母的生長(cháng),導致萄糖相比較HCNMHG第7期李永蓮,劉文鋒,陽(yáng)元娥:酶法降解玉米芯以制備燃料乙醇的研究51參考文獻:乙醇的研究[J].林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè),2007,27(4):-10[4]孫付保,婁秀平,洪嘉鵬,等非離子表面活性劑對[]李永蓮.玉米芯預處理工藝及制備燃料酒精的研究木質(zhì)纖維素酶解的促進(jìn)作用[J].化工進(jìn)展,2011,30[D]廣東工業(yè)大學(xué),2011(12):719-2723[2]任天寶,邱盼,任秀娟,等蒸汽爆破預處理玉米芯[5] Tony Eriksson, Johan Borjesson, Folke Tjemeld. Mecha及其酶解工藝研究[J].可再生能源,2012,30(5):nism of surfactant effeet in enzymatic hrolysis of lignoeellulose. Enzyme Microb Technol, 2002, 31: 53-364[3]趙晶,陳明,張靖方,等.酶法糖化玉米芯發(fā)酵生產(chǎn)[責任編輯:劉向紅]Research on Enzymatic Degradation of Corncob for Produce Bio-ethanolLI Yong-lian', LIU Wen-feng, YANG Yuan-e'(l Guangdong Industry of Technical College, Guangzhou 510300;2. Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006)Abstract: Objective: To study the best enzymatic degradation of corncob and optimum yeast fermentationprocess. Methods: The core of cellulase on the fermentation of corn, yeast hydrolyzate used for fermentation. Result:Hydrolysis conditions: cellulase 0.6mL, pH: 5.0-6.0 temperature 40C, Tween-801%, trace elements.5%, time8h; fermentation conditions: yeast inoculum 40mL, fermentation temperature 30C, time 36h, then ethanolproduction was highest. Conclusion: Better digestion and better fermentation conditions can significantly increasethe rate of hydrolysis rate and fermentation rateKey words: corncob; cellulase; pretreatment; hydrolysis; fermentation(上接第18頁(yè))Study of Pure Tin Weldable Coating in MLCCLOU Hong-taoGuangdongLingguang New MaterialCo., Ltd, zhaoqing 526020)Abstract: In view of the lead-free tendency at home and abroad, the advantages and disadvantages of varioussimple tin alloy weldable coating was compared, the research direction of pure tin solder plating additive was putforword, anda pure tin electroplatingadditive was developed. Finally from the appearance, resistance welding, wet-ting effect, accelerated oxidation, end force etc, the Sn-Pb coating and pure tin plating were compared. In additionin this paper, the properties of various solder paste were compared. The result shows that various properties of puretin plating is not weaker than that of Sn-Pb coating, some better than Sn中國煤化工Key words: MLCC; Sn-Pb plating; lead-freepure tin plating; pureCNMHG