11秸秆固态发酵生产燃料乙醇的工艺研究

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1、万方数据第34卷第4期酿酒V01．34．№．4：!!：竺：竺型型Q垦幽塑竺：竺文章编号：l∞2—8110(2007)04-0049-03甜高梁秸秆固态发酵生产燃料乙醇的工艺研究董永胜1，许军2·(1．山东轻工业学院食品与生物工程学院，济南250353；2．山东省潍坊市质量技术监督局，潍坊．261031)摘要：利用选育的耐酸耐高温酵母Q-10，采用甜高粱秸秆固态发酵生产燃料乙醇。当接种量为5％。发酵温度34*(2，发酵起始pH4．0，糖化酶和纤维素酶用量分别为50U／g原料和20U／g原料，发酵周期4d时，乙醇体积分数迭到6．5％。小试试验乙醇体积分

2、数达到6．4％。工业试验乙醇体积分数达到6．o％。关键词：甜高粱秸秆；固态发酵；燃料乙醇’中图分类号：TS262．2；TS261．4文献标识码：A甜高粱是近年来一种新兴的糖料作物、饲料作物和能源作物【1】。甜高粱的适应性较高，一般在比较贫瘠的土地上都有较高的产量，一般每公顷产鲜茎秆C50000-90000kg，比玉米高出0．5—1．0倍，其茎秆中含汁量为60％一80％，汁液的糖度为10％一20％m，汁液中溶有蔗糖、葡萄糖、果糖等糖份，还有淀粉、果胶、有机酸、树胶等非糖分以及细碎的残渣、腊质物、色素等131。甜高粱作为能源作物是在世界能源紧缺，尤其是

3、石油资源面临枯竭的形势下提出的。甜高粱茎秆中含有的糖分。可以通过酵母发酵成酒精，再经蒸馏得到无水乙醇，即可混合到汽油中成为汽车燃料，是一种非常理想的再生和代粮能源作物。美国、巴西等国都开展了培育和种植甜高粱及其生产燃料乙醇方面的研究与开发[41。巴西20世纪70年代就开始利用甜高粱生产乙醇作为汽车燃料圈。我国也开始了以甜高梁秸秆为原料生产燃料乙醇的技术研究[61，已进行了甜高粱秸秆液态发酵生产燃料乙醇的中试r71。目前，甜高梁秸秆生产燃料乙醇的研究集中于液态发酵法上，而固态发酵生产乙醇的可行性研究和报道极少。甜高粱秸秆液态生产乙醇的方法主要是将高粱

4、秸秆压汁后，用汁液直接进行液体发酵生产乙醇，此法每公顷可产乙醇3750—6000kgt目。液态发酵法的废液治理难度较大；因受收获季节的影响，压榨的汁液贮存成本高，从而可能导致生产难以连续，且秸秆利用不充分。甜高粱秸秆若采用固态发酵，发酵生产受收获季节的影响就较小，进行大规模的生产就可能成功。在固态发酵中，甜高梁秸秆经过粉碎可直接发酵，其在发酵过程中既作原料，又作填充剂；并可在纤维素酶的作用下，纤维素可降解为葡萄糖，从而提高原料的利用率；蒸馏后的酒糟中含有纤维素、脂肪、蛋白质、氨基酸等物质，可作动物饲料，可彻底解决乙醇发酵过程中的污染问题，做到乙醇工

5、业的清洁生产唧。收稿日期：2007-03—24作者简介：董永胜(1964一)，男，山东人，副教授，主要从事微生物发酵科研教学工作。1材料与方法1．1原料：甜高粱秸秆(水分含量为65．8％；舍总糖量为12．2％)。1．2菌株：耐高温酵母Q一10菌，天津科技大学生化工程研究室选育。1．3固态发酵将斜面活化的酵母菌株O一10接种到麦芽汁种子培养液中，32"C培养16h后，按每千克原料用酵母培养液的50mL接人到0．05Mpa灭菌30min后降温到34℃的固态发酵培养基(甜高粱秸秆粉1009，州H。泌040．59，酵母膏O．29，蛋白胨o．59)中，34。

6、C下发酵。1．4测定方法【lq1．4．1酒精度测定：蒸馏法。1．4．2总糖、还原糖测定：蓝一爱农法、糖度计法。1．4．3酸度测定：酸碱滴定法、精密pH试纸。2结果与讨论2．1Q-lO酵母茵接种量的确定表1表明，随着O一10酵母菌添加量的增加，乙醇产量也增加，但不很明显，为了抑制杂菌生长、提高发酵速度，实验中选取酵母添加量为5％。表1Q一10酵母接种量对高粱秸秆粉发酵的影响2．2发酵温度对乙醇产量的影响由图1可知，利用耐高温O一10酵母菌进行甜高粱秸秆固态发酵时，在32～38。C的发酵温度下其产乙醇的量基本上是相同的，高于或低于此范围时，乙醇产量略有

7、减少，这是因为O一10酵母菌是经过高温驯化而选育出来的，其在38℃的高温下也能进行正常的乙醇发酵；低于30℃时酵母的活性略低，其生长繁殖较缓慢，形成乙醇的速度也较缓慢。而当温度高于38"C时，酵母的衰老加快，发酵能力降低，也导致了乙醇产量的减少。·49·万方数据第四期西良酒堡’籁求氍故、镳心2830323436384042发酵温度／'E‘圈1发酵温度对乙醇产量的影响2．3pH对乙醇产量的影响由图2可知，当pH低于3．0时，酵母的乙醇发酵能力受到明显的抑制；当pH为3．0时，乙醇产量就达到较高值，约为最高值的90％；当pH为4．0时，酵母的乙醇产量达

8、到最高值，此后虽pH上升到5．0，乙醇的产量变化不大，说明Q—lO酵母菌具有一定的耐酸性及适应弱酸的环境，其适宜的发酵pH