基于响应面法对秸秆纤维素乙醇生产工艺参数的优化

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1、第33卷第7期可再生能源Vol.33No.72015年7月RenewableEnergyResourcesJul.2015基于响应面法对秸秆纤维素乙醇生产工艺参数的优化张曈，刘晓燕，许家兴，李登超，刘亚菲（淮阴师范学院，江苏省区域现代农业与环境保护协同创新中心，江苏省生物质能与酶技术重点实验室，江苏淮安223300）摘要：文章在对里氏木霉T12菌株产纤维素酶的培养条件进行单因素优化的基础上，以滤纸酶活力（FPA）为响应值，通过Plackett-Burman设计法筛选出对产酶影响最显著的3个因素，依次为麦麸＞温度＞氯化钙。响应面优化结果为当麦麸、温度、氯化钙分

2、别为6.27g/L，31℃，0.709g/L时，纤维素酶理论最大FPA酶活为62281.3U/mL。在优化后的培养条件下纤维素酶粗酶液的实际FPA酶活为60126.5±16.0U/mL。将纤维素酶粗酶液以10%添加量加入秸秆一步转化乙醇的5L发酵罐中，经过144h的发酵，乙醇产量（v/v）可达到7.05%±0.18%。关键词：响应面法；里氏木霉；纤维素酶；秸秆乙醇中图分类号：TK6文献标志码：A文章编号：1671-5292（2015）07-1103-07DOI:10.13941/j.cnki.21-1469/tk.2015.07.0230引言1.1材料秸秆纤

3、维素乙醇作为一种非粮食来源的生物1.1.1菌种质能源，近年来受到人们越来越多的关注。将秸采用本实验室保藏的里氏木霉（Trichoderma秆转化为乙醇的关键在于其主要成分纤维素的水reesei）T12菌株和酿酒酵母（Saccharomycescer-解，几十年来，人们对秸秆纤维素的预处理及酶水evisiae）S0菌株。解过程进行了大量研究，纤维素在纤维素酶的作1.1.2培养基用下可以水解成单糖，单糖再经过微生物发酵可PDA液体培养基：按照文献[10]所载方法配[1]，[2]以生成燃料乙醇。纤维素酶在充分利用农作物制。秸秆等农副产品废弃物，降解秸秆中的纤维素，

4、开PDA固体培养基:按照文献[10]所载方法配[3]，[4]发新能源方面具有巨大的应用潜力。制。响应面优化法，即响应曲面法（Response发酵产酶培养基：麦麸2g，KH2PO42g，SurfaceMethodology，RSM），包括实验设计、建立（NH4）2SO41.4g，MgSO40.3g，CaCl20.3g，MnSO4模型、分析模型合理性和寻求最优解等众多实验1.6mg，FeSO4·7H2O5mg，ZnCl21.7mg，CoCl22.0[7]~[9]与统计技术。该法在生物发酵方面的应用十分mg，溶于1.0L蒸馏水中，分装灭菌待用。广泛。本文采用Des

5、ign-Expert8.06软件中的1.2实验方法Plackett-Burman设计法、通过最陡爬坡实验和响1.2.1菌种活化应面分析法（RSM）相结合的设计对里氏木霉T12将在冰箱中保存的里氏木霉T12菌种接种菌株进行发酵培养基的优化以提高里氏木霉的纤到PDA固体培养基上，于28℃下培养5~6d。维素酶酶活，提高秸秆纤维素的水解效率，改进秸1.2.2种子液制备秆纤维素乙醇生产工艺，降低生产成本，并减少秸从固体培养基上挑取生长良好的菌落，接种秆预处理过程中产生的环境污染。到装有100mLPDA液体培养基的250mL锥形瓶1材料与方法中，在28℃，150r/m

6、in的摇床上振荡培养至对数收稿日期：2014-12-12。基金项目：国家自然科学青年基金（21406083）；江苏省自然科学青年基金（BK20130416）；淮安市科技支撑计划（HAG2011015）。作者简介：张曈（1981-），男，山东泰安人，博士，讲师，研究方向为生物质能源。E-mail：winterzt3000@163.com·1103·可再生能源2015，33（7）期中后期。支具塞刻度试管，分别按表1加入各种试剂。1.2.3发酵产酶培养表1不同葡萄糖溶液的配制Table1Preparationofdifferentglucosesolution将种

7、子液以5%接种量接入发酵培养基中，序号空白12345678每瓶50mL装液量，于28℃振荡培养5~7d。含糖量/mg00.20.40.60.81.01.21.41.61.2.4粗酶液的制备葡萄糖/mL00.20.40.60.81.01.21.41.6振荡培养后的发酵液在4500r/min下离心蒸馏水/mL2.01.81.61.41.21.00.80.60.410minDNS/mL333333333，上清液即为粗酶液。1.2.5纤维素酶酶活力测定按照表1配制不同浓度的葡萄糖溶液，与酶活力单位定义：在一定的反应条件下，把DNS试剂反应并测定反应液的吸光度作为纵坐

8、1.0mL酶液与底物反应1h所产生的葡萄糖的标，以葡