多菌种混合共发酵甘蔗渣纤维素和半纤维素制备燃料乙醇的研究

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1、暨南大学硕士学位论文多菌种混合共发酵甘蔗渣纤维素和半纤维素制备燃料乙醇的研究TheStudyofproductionofethanolbyco-fermentingofcelluloseandhemicellulosefromsugarcanebagasseusingmulti-mocroorganisms作者姓名：刘红梅指导教师姓名刘泽寰及学位、职称：博士、研究员学科、专业名称：生物化学与分子生物学学位类型：学术学位论文提交日期：论文答辩日期：答辩委员会主席：论文评阅人：学位授予单位和日期：暨南大学硕士论文摘要甘蔗渣是蔗糖工业最主要的副产物，

2、其主要成分是纤维素和半纤维素。甘蔗渣被认为是一种来源丰富的可再生资源，是作为纤维素燃料乙醇的重要原料之一，但是目前，甘蔗渣生产乙醇的转化率仍然很低。其中一个重要原因是甘蔗渣半纤维素的利用率很低。为了提高甘蔗渣产燃料乙醇的转化率，尤其是其中半纤维素的利用率，本研究探究了氢氧化钠、硫酸、过氧化氢以及蒸汽爆破四种预处理方式后的甘蔗渣的成分的变化以及不同处理方式对纤维素水解酶之间的协同作用及酶解效果的影响；用不同的菌株进行单独或混合培养发酵碱预处理的甘蔗渣以及发酵过程的优化。结果比较发现，经氢氧化钠预处理的甘蔗渣，酶解效果最好，葡萄糖的产量为12.76

3、g/L，纤维素的转化率达到理论产量的100.4%；其次是蒸汽爆破，而过氧化氢处理的甘蔗渣的酶解后的葡萄糖的产量最低，纤维素的转化率只达到理论值的23.47%。通过纤维素酶分别与果胶酶和木聚糖酶的协同作用效果的研究，发现纤维素酶和木聚糖酶的协同度与底物的化学组成以及预处理的方式相关；在本研究中没有观察到果胶酶和纤维素酶之间的协同作用，这可能是因为甘蔗渣的果胶成分太少的原因。协同作用分析的结果显示水解效果最佳的酶组合为每克底物添加Celluclast1.5L3.17mg，Novozym1881.63mg，木聚糖酶1.2mg。经碱处理的甘蔗渣在最优酶

4、组合量下，酶解60h后，利用不同的发酵微生物菌株对水解液进行发酵实验，研究探究不同菌株的发酵性能。发现在葡萄糖利用菌中酿酒酵母1445的性能最好，在发酵12h后葡萄糖的利用明显快于其他的酿酒酵母菌株，利用速率达到4.53g/L·h，在发酵24h后乙醇的产量达到了最高（22.10g/L）；而戊糖利用菌中休哈塔假丝酵母的发酵性能优于树干毕赤酵母，乙醇的产量最高为15.15g/L。分别将休哈塔假丝酵母和树干毕赤酵母与酿酒酵母1445混合培养发酵甘蔗渣水解液，发现是休哈塔假丝酵母与酿酒酵母1445混合发酵的乙醇产量比较高（乙醇的最高产量为22.82g/

5、L）。本研究最后采用单因素法从菌种接种量、两种菌种的不同比例、预酶解时间以及发酵方式等方面对休哈塔假丝酵母与酿酒酵母1445混合发酵的体系和发酵条件进行优化。结果表明，最优发酵体系为：接种量为两种菌的总干重为2.0g/L、两种菌的比例为1：1、不经预糖化直接进行同步糖化发酵。此条件下，乙醇产I暨南大学硕士论文量达到15.73g/L，产率为0.2622g/g干重碱处理甘蔗渣，达到乙醇理论产值（0.4825g/g）的54.34%。综合以上，利用休哈塔假丝酵母和酿酒酵母1445混合共培养共发酵甘蔗渣纤维素和半纤维素生产乙醇是可行的，甘蔗渣作为燃料乙醇

6、的生产原料也是切实可行的。关键字：甘蔗渣；预处理；酶解；酵母；共发酵；乙醇II暨南大学硕士论文AbstractSugarcanebagasse,whichisthemainby-productofsugarindustry,iscomposedmainlyofcelluloseandhemicellulose.Sugarcanebagasseisconsideredasoneofthemostimportantrenewableresourcesandrawmaterialsofcellulosicethanolfuel.Atpresent,h

7、owever,theconversionrateofsugarcanebagassetoethanolisstillverylow.Oneimportantreasonistheutilizationofsugarcanebagassehemicelluloseisverylow.Inordertoimprovetheconversionrateofsugarcanebagassetofuelethanol,especiallytheutilizationofhemicellulose,fourpretreatmentmethods,i.e.s

8、odiumhydroxide,sulfuricacid,hydrogenperoxideandsteamexplosion,wereexploredi