固定化酵母添加豆饼粉发酵甜高梁茎秆汁液制取酒精的试验研究

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1、沈阳农业大学硕士学位论文固定化酵母添加豆饼粉发酵甜高梁茎秆汁液制取酒精的试验研究姓名：季颖申请学位级别：硕士专业：农业生物环境与能源工程指导教师：刘荣厚2003.5.20摘要生物酒精越来越受到世界各国的广泛重视，在众多的生物酒精原料中，甜高粱是很有发展前途的一种。本试验以甜高粱茎秆汁液为发酵原料，采用近年来正在研究和开发的固定化酵母技术，并结合国内外试验正采用的添加豆饼粉工艺，在流化床生物反应器上进行了试验研究。意在优化发酵过程，从而提高酒精产率，为生物酒精替代工业酒精的产业化发展提供有益的科学依据。在常规菌种筛选的基础上，重点研究了

2、固定化载体的成粒性、粒子的机械强度、各种载体细胞的发酵力以及豆饼粉添加剂对发酵反应中发酵时间、酒精产率、残糖值的影响，并根据以上试验的基础，在流化床生物反应器上进行了对比试验，得出了发酵醪中残糖值、酒精含量以及反应器内的平均温度随发酵时间变化曲线。(研究结果表明(1)在南阳酵母、古巴酵母、拉斯酵母、南阳混合酵母、啤酒酵母五种供选的酵母中，根据液体培养、发酵速度、发酵度和酒精产率四个指标，确定南阳混合酵母为最优菌种。(2)PVA、PVA-海藻酸钙、海藻酸钙、海藻酸铝四种固定化载体中，PVA载体的制粒方法最为困难，PVA．海藻酸钙载体粒子

3、较大，海藻酸铝载体粒子的抗磷酸盐能力最强，但随着发酵液糖浓度的增加，其发酵力相对于海藻酸钙载体而下降。综合制粒方法、抗磷酸盐能力、发酵力三个指标，以及甜高粱茎秆汁液的糖浓度并不很高，所以选海藻酸钙和海藻酸铝为试验载体。(3)豆饼粉添加剂对发酵反应的影响：在适量的范围内，添加一定量的豆饼粉可以提高发酵速度、缩短发酵时间、提高酒精产率、降低残糖值。但是超出该范围，豆饼粉则会对发酵反应产生抑制作用。在本试验的条件下：海藻酸钙粒子或海藻酸铝粒子，甜高粱茎秆汁液的浓度为120Bx，恒温31℃，在水浴摇床中振荡发酵(100ml粒子：200ml发酵

4、液)，pH值为4．5，豆饼粉适宜的添加范围为0．19一1．09(0．59／L一5．09／L)，超出1．59(7．59／L)的添加量则对发酵产生抑制作用。(4)以海藻酸钙为载体，甜商粱茎秆汁液的糖浓度为12。Bx，添加豆饼粉的发酵时间约为5h，酒精含量为4．8％(V／V)，残糖值为00Bx。不加豆饼粉的发酵时间约为6h，酒精含量为4．6％(V／V)，残糖值为O．5。Bx。以海藻酸铝为载体，其发酵条件相同，所得出的结果也基本上与上述情况类似，添加豆饼粉的发酵时间约为5h，酒精含量为4．8％(V／V)，残糖值为00Bx。不加豆饼粉的发酵时间

5、约为6h，酒精含量为4．4％(V／V)，残糖值为0．7。8x。)r，关键词：甜高粱；固定化载体：豆饼粉添加剂；流化床生物反应器：酒精沈阳农业大学硕士学位论文一、刖菁(一)甜高梁制取生物酒精的重要意义生物质能是一种很有前途的转换太阳能并可再生的新能源。在其有效开发的各种途径中，酒精被视为重要的代替能源之一。用生物质(指植物量)经发酵法制得的酒精被称为生物酒精(高寿清，1991)。石油危机的出现引起了各国对未来能源供应不足的普遍担忧，许多国家将目光转向酒精，重新评价了酒精发酵工业(邓良伟，1995)。国际能源机构(1EA)为推进燃料酒精事

6、业的发展，建立了专门的协作组，围绕汽车燃料酒精制造和新工艺开发交换情报。各国为了减少对海外石油的依赖，纷纷制定了生物酒精计划。生物质是自然界中数量巨大的可再生能源，是酒精生产的潜在资源。因而，研究生物质生产酒精具有重大意义。原料问题是生物质制燃料酒精需要解决的基本问题之一。一般认为适用作生物酒精的原料，应具备以下条件：生产周期短，单产高，发酵性物质含量高的农产物，或发酵性物质高的副产物：转变成酒精的费用低：废液处理的费用低。可制取生物酒精的原料有以下几类(酒精与蒸馏酒工艺学，1995)：I．淀粉质原料(1)薯类原料(2)谷类原料2艚质

7、原料(1)废糖蜜(2)甜菜(3)甘蔗(4)甜高粱3．纤维质原料(1)草本植物(2)木本植物目前，能实际应用的仍是糖质原料和淀粉质原料，纤维质原料的利用萨在开发之中。能效率问题也是生物质制燃料酒精需要解决的基本问题。以酒精作为燃料，必须考虑能的效益问题，即需要比较所产出的能量与消耗的能量。为了比较，人们将产物包含的总能量对于栽培和加工消耗的总能量之比称为净能率(N．E．R)用它作为将生物量转换成酒精时能效率的指标(高寿清，1991)。几种原料的NER值如表1-1所示(D．EssienandD．L．Pyle，1983)。表1-1几种原料的

8、能效率Tab．1-1Theenergyefficiencyofseveralmaterials从表1．1看，甘蔗因有蔗渣作为燃料，N．E．R值较高，而玉米和木薯则有可能在1以下，甜高粱的能耗则相对平稳，因此，要达到较高的