玉米秸秆水解液发酵生产燃料乙醇的研究

玉米秸行水解液发酵生产燃乙醇的研究◎安阳县环境保护局贾继霞董爱霞干爽摘要:考察水解温度、水解时间、酸浓度及固形物含量对玉米秸秆粉水解的影响,对玉米秸秆粉酸水解条件进行优化,利用高效液相色谱分析了水解液的组分及含量,其中木糖占815%;通过水解液乙醇发酵试验,菌株N能较好地发酵木糖转化为乙醇,糖醇转化率达到0.359gg关键词;玉米秸秆木糖燃料乙醇发酵随着石油能源的日益减少和环高效液相色谱仪:惠普-100境的不断恶化,寻求对环境友好的新能源,走可持续发展道路112玉米秸秆取自河南省安已引起各国的普遍重视。我国是农阳县吕村。业大国,生物质资源相当丰富,仅11.3试验菌种N-1:由中科农作物皮壳一项,每年产量可达7院病毒所保藏的嗜单宁管囊酵母经亿多吨,其中玉米秸秆(35%)、小长期驯化而得。麦秸秆(21%)和稻草(19%)是我1.14培养基国三大秸秤。玉米秸秆是由纤维木糖固体培养基木糖20gL,素、半纤维素、木质素、浸提物及蛋白胨10g/L,酵母膏5gL,琼脂灰分等组成。利用玉米秸秆等农作物废弃物生产燃料乙醇,不仅15gL。成本低,而且能缓解废弃物对环境的污染。因此以玉米秸秆等原木糖液体培养基:木糖20gL,蛋白胨l0g/L,酵母膏5gL。料生产燃料乙醇的技术成为当前的研究焦点12试验方法本试验通过研究玉米秸秆粉水解条件的优化、水解液中还1.2.1分析方法原糖的分析及水解液的乙醇发酵,以期对纤维素燃料乙醇的工业酒精浓度测定方法:采用氧化还原的方法测定吗。化生产提供一些技术参考水解液中还原糖含量测定:采用DNS法测定。1材料与方法122玉米秸秆粉的水解条件优化试验1.l材料将玉米秸秆粉原料置于80℃千燥箱中10h至恒重,按一定1.1.1试验仪器固液比加入到稀硫酸溶液中,保温一段时间后,用热水洗滤渣两蒸汽灭菌锅:上海跃进医疗器械厂遍,混合滤液与洗液,定容,取样测定水解液中还原糖浓度。设电子天平:DT10型,100090.2g,中国轻工业机械总公司计正中国煤化工农度、固形物含量等对水常熟衡器厂解的到恒温振荡摇床:上海医疗器械五厂CNMHG分的分析生化培养箱:DHP100在稀硫酸浓度1%,固形物含量200gL,120℃,120min条件下水解玉米秸秆粉,过滤后用碳酸钙中和水解液中的硫酸,再拉伯糖组成,其中木糖为主要成分。分析原因,可能是由于纤维过滤掉硫酸钙等杂质稀释一定的倍数后用高效液相色谱分析还素的水解非常困难而稀硫酸易于将秸秆中的半纤维素水解成木原糖的组成糖和阿拉伯糖,因此主要成分为木糖,占8115%124玉米秸秆粉水解液的乙醇发酵23玉米秸秆粉水解液乙醇发酵试验玉米秸秆粉水解液经过中和与除杂质后,浓缩至一定的倍初始水解液中木糖浓度为78.589几L,水解液乙醇发酵过程数,再加入硫酸铵05%,酵母膏0.2%,硫酸镁0.2%,磷酸二中,每24h取样,测定其pH、乙醇浓度及残糖浓度。结果见表氢钾0.2%,灭菌后,做成水解液发酵培养基。接入N-1菌,在3和图30℃,120rmin摇床培养,每24h取样,测定乙醇浓度、残糖浓表3玉米秸秆粉水解液乙醇发醇结果度及pH值时间(h)残糖浓度(g/L2结果与讨论46.022l玉米秸秆粉的水解条件优化试验30.12木质纤维素的组成成分很复杂,也比较稳定,生物降解难于4B221.565.1快速进行,因此需要借助物理、化学等方法进行预处理。本试验选用较常用的方法——稀硫酸方法,考察水解温度、水解时间、从表3分析得出,残糖浓度越来越低,说明N-l能利用木糖酸浓度固形物含量对玉米秸秆粉水解的影响。设计正交试验探为碳源,进行生长与代谢。并且发酵液的pH也逐渐降低,表明索最佳的水解条件。试验方案及结果见表1。菌株代谢过程中可能有乙酸的生成表1玉米秸秆粉水解条件的正交实验及结果编号水解温度水解时间硫酸浓度固形物含量还原糖浓度(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发酵时间对乙醇浓度与著醇转化率的影响98333.17459.87Qr3094.48从图1看出,随着发酵时间的延长,乙醇浓度有较大的提高说眀菌株N-1有较髙的发酵木糖产燃料乙醇的能力。当发酵时间均方差1150.49165929.930.23为96h时,乙醇浓度最大,为2047g/L,糖醇转化率也达到最大,从表1可以看出,每个因素对还原糖浓度都有影响。从均方为0.359gg。超过96h后,乙醇浓度与糖醇转化率都有所降低差看出,对水解还原糖浓度影响顺序是:水解温度>硫酸浓度>有可能是由于木糖作为碳源被耗尽,N-1就利用代谢产物乙醇作水解时间>固形物含量,因此提高水解温度、增大硫酸浓度、增为碳源生长,导致乙醇量的降低加水解时间都对反应有利,但会导致成本提高。从还原糖产量来3小结看,酸水解能够有效地预处理秸秆。最后确定水解条件为温度对水解条件进行优化探索,考察水解温度、水解时间、酸浓l20℃,水解时间120min,稀酸浓度1%,固形物含量100gL.度及固形物含量等因素的影响,其中水解温度影响最大,硫酸浓22玉米秸秆粉水解液中还原糖成分确定度次之,再次是水解时间,固形物含量影响最小。玉米秸秆粉水玉米秸秆粉水解液过滤后用碳酸钙中和,再过滤掉硫酸钙解液的主要成分是葡萄糖和木糖,其中木糖占81.15%。菌株Nl等杂质,稀释5倍后用高效液相色谱测定还原糖组成,与标准品能较好地发酵木糖转化为乙醇,糖醇转化率达到0.359gQH做比较,结果见表2。参考文献表2玉米稻秆粉水解液中还原糖组成全利用U,生物技术通报,水解液组分葡萄糖木糖阿拉伯糖中国煤化工含量(%)13.9081.154.95CNMHG法,生物学杂志,195,3:28-29从表2可以看出水解液中还原糖主要是由葡萄糖、木糖、阿[3]李建武等生物化学实验原理和方法M北京大学出版社