玉米秸稈水解液發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇的研究

玉米秸行水解液發(fā)酵生產(chǎn)燃乙醇的研究◎安陽(yáng)縣環(huán)境保護局賈繼霞董愛(ài)霞干爽摘要:考察水解溫度、水解時(shí)間、酸濃度及固形物含量對玉米秸稈粉水解的影響,對玉米秸稈粉酸水解條件進(jìn)行優(yōu)化,利用高效液相色譜分析了水解液的組分及含量,其中木糖占815%;通過(guò)水解液乙醇發(fā)酵試驗,菌株N能較好地發(fā)酵木糖轉化為乙醇,糖醇轉化率達到0.359gg關(guān)鍵詞;玉米秸稈木糖燃料乙醇發(fā)酵隨著(zhù)石油能源的日益減少和環(huán)高效液相色譜儀:惠普-100境的不斷惡化,尋求對環(huán)境友好的新能源,走可持續發(fā)展道路112玉米秸稈取自河南省安已引起各國的普遍重視。我國是農陽(yáng)縣呂村。業(yè)大國,生物質(zhì)資源相當豐富,僅11.3試驗菌種N-1:由中科農作物皮殼一項,每年產(chǎn)量可達7院病毒所保藏的嗜單寧管囊酵母經(jīng)億多噸,其中玉米秸稈(35%)、小長(cháng)期馴化而得。麥秸稈(21%)和稻草(19%)是我1.14培養基國三大秸秤。玉米秸稈是由纖維木糖固體培養基木糖20gL,素、半纖維素、木質(zhì)素、浸提物及蛋白胨10g/L,酵母膏5gL,瓊脂灰分等組成。利用玉米秸稈等農作物廢棄物生產(chǎn)燃料乙醇,不僅15gL。成本低,而且能緩解廢棄物對環(huán)境的污染。因此以玉米秸稈等原木糖液體培養基:木糖20gL,蛋白胨l0g/L,酵母膏5gL。料生產(chǎn)燃料乙醇的技術(shù)成為當前的研究焦點(diǎn)12試驗方法本試驗通過(guò)研究玉米秸稈粉水解條件的優(yōu)化、水解液中還1.2.1分析方法原糖的分析及水解液的乙醇發(fā)酵,以期對纖維素燃料乙醇的工業(yè)酒精濃度測定方法:采用氧化還原的方法測定嗎?；a(chǎn)提供一些技術(shù)參考水解液中還原糖含量測定:采用DNS法測定。1材料與方法122玉米秸稈粉的水解條件優(yōu)化試驗1.l材料將玉米秸稈粉原料置于80℃千燥箱中10h至恒重,按一定1.1.1試驗儀器固液比加入到稀硫酸溶液中,保溫一段時(shí)間后,用熱水洗濾渣兩蒸汽滅菌鍋:上海躍進(jìn)醫療器械廠(chǎng)遍,混合濾液與洗液,定容,取樣測定水解液中還原糖濃度。設電子天平:DT10型,100090.2g,中國輕工業(yè)機械總公司計正中國煤化工農度、固形物含量等對水常熟衡器廠(chǎng)解的到恒溫振蕩搖床:上海醫療器械五廠(chǎng)CNMHG分的分析生化培養箱:DHP100在稀硫酸濃度1%,固形物含量200gL,120℃,120min條件下水解玉米秸稈粉,過(guò)濾后用碳酸鈣中和水解液中的硫酸,再拉伯糖組成,其中木糖為主要成分。分析原因,可能是由于纖維過(guò)濾掉硫酸鈣等雜質(zhì)稀釋一定的倍數后用高效液相色譜分析還素的水解非常困難而稀硫酸易于將秸稈中的半纖維素水解成木原糖的組成糖和阿拉伯糖,因此主要成分為木糖,占8115%124玉米秸稈粉水解液的乙醇發(fā)酵23玉米秸稈粉水解液乙醇發(fā)酵試驗玉米秸稈粉水解液經(jīng)過(guò)中和與除雜質(zhì)后,濃縮至一定的倍初始水解液中木糖濃度為78.589幾L,水解液乙醇發(fā)酵過(guò)程數,再加入硫酸銨05%,酵母膏0.2%,硫酸鎂0.2%,磷酸二中,每24h取樣,測定其pH、乙醇濃度及殘糖濃度。結果見(jiàn)表氫鉀0.2%,滅菌后,做成水解液發(fā)酵培養基。接入N-1菌,在3和圖30℃,120rmin搖床培養,每24h取樣,測定乙醇濃度、殘糖濃表3玉米秸稈粉水解液乙醇發(fā)醇結果度及pH值時(shí)間(h)殘糖濃度(g/L2結果與討論46.022l玉米秸稈粉的水解條件優(yōu)化試驗30.12木質(zhì)纖維素的組成成分很復雜,也比較穩定,生物降解難于4B221.565.1快速進(jìn)行,因此需要借助物理、化學(xué)等方法進(jìn)行預處理。本試驗選用較常用的方法——稀硫酸方法,考察水解溫度、水解時(shí)間、從表3分析得出,殘糖濃度越來(lái)越低,說(shuō)明N-l能利用木糖酸濃度固形物含量對玉米秸稈粉水解的影響。設計正交試驗探為碳源,進(jìn)行生長(cháng)與代謝。并且發(fā)酵液的pH也逐漸降低,表明索最佳的水解條件。試驗方案及結果見(jiàn)表1。菌株代謝過(guò)程中可能有乙酸的生成表1玉米秸稈粉水解條件的正交實(shí)驗及結果編號水解溫度水解時(shí)間硫酸濃度固形物含量還原糖濃度(min)0380.64.00092092023.00000000031001201.830049.21028120900.630063.90K183.29126.36120.08148.40K2167.38149.66155.6.40171.05171.33148.70U08.9322541.1322667.8222208.42圈1發(fā)酵時(shí)間對乙醇濃度與著(zhù)醇轉化率的影響98333.17459.87Qr3094.48從圖1看出,隨著(zhù)發(fā)酵時(shí)間的延長(cháng),乙醇濃度有較大的提高說(shuō)眀菌株N-1有較髙的發(fā)酵木糖產(chǎn)燃料乙醇的能力。當發(fā)酵時(shí)間均方差1150.49165929.930.23為96h時(shí),乙醇濃度最大,為2047g/L,糖醇轉化率也達到最大,從表1可以看出,每個(gè)因素對還原糖濃度都有影響。從均方為0.359gg。超過(guò)96h后,乙醇濃度與糖醇轉化率都有所降低差看出,對水解還原糖濃度影響順序是:水解溫度>硫酸濃度>有可能是由于木糖作為碳源被耗盡,N-1就利用代謝產(chǎn)物乙醇作水解時(shí)間>固形物含量,因此提高水解溫度、增大硫酸濃度、增為碳源生長(cháng),導致乙醇量的降低加水解時(shí)間都對反應有利,但會(huì )導致成本提高。從還原糖產(chǎn)量來(lái)3小結看,酸水解能夠有效地預處理秸稈。最后確定水解條件為溫度對水解條件進(jìn)行優(yōu)化探索,考察水解溫度、水解時(shí)間、酸濃l20℃,水解時(shí)間120min,稀酸濃度1%,固形物含量100gL.度及固形物含量等因素的影響,其中水解溫度影響最大,硫酸濃22玉米秸稈粉水解液中還原糖成分確定度次之,再次是水解時(shí)間,固形物含量影響最小。玉米秸稈粉水玉米秸稈粉水解液過(guò)濾后用碳酸鈣中和,再過(guò)濾掉硫酸鈣解液的主要成分是葡萄糖和木糖,其中木糖占81.15%。菌株Nl等雜質(zhì),稀釋5倍后用高效液相色譜測定還原糖組成,與標準品能較好地發(fā)酵木糖轉化為乙醇,糖醇轉化率達到0.359gQH做比較,結果見(jiàn)表2。參考文獻表2玉米稻稈粉水解液中還原糖組成全利用U,生物技術(shù)通報,水解液組分葡萄糖木糖阿拉伯糖中國煤化工含量(%)13.9081.154.95CNMHG法,生物學(xué)雜志,195,3:28-29從表2可以看出水解液中還原糖主要是由葡萄糖、木糖、阿[3]李建武等生物化學(xué)實(shí)驗原理和方法M北京大學(xué)出版社