造纸污泥同步糖化发酵生产燃料乙醇

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1、万方数据第38卷第8期2010年8月华南理工大学学报(自然科学版)JournalofSouthChinaUniversityofTechnology(NaturalScienceEdition)V01．38No．8August2010文章编号：1000-565X(2010)08—0034—06造纸污泥同步糖化发酵生产燃料乙醇木彭林才陈元彩+付时雨詹怀宇(华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室，，“东广州510640)摘要：以卫生纸厂初级污泥作为生物质原料，采用同步糖化发酵法生产燃料乙醇，对其工艺条件进行了优化，并考察了3种非离子表面活性剂(T

2、ween．20、Tween-60、Tween-80)对造纸污泥同步糖化发酵的促进效果．结果表明：合适的工艺条件为反应温度36℃、底物质量浓度1009／L、酵母接种量6％(体积分数)、纤维素酶用量25FPU／g；Tween-20能显著促进造纸污泥的同步糖化发酵，添加0．2％的Tween一20时，乙醇产率提高14％；上述工艺条件下反应48h的乙醇质量浓度达19．59／L，是理论值的63．9％．对同步糖化发酵前后污泥及发酵液的主要化学成分进行分析，发现大量纤维素已糖化发酵成乙醇，仅少量半纤维素发生水解，水解产物木糖不能被酵母有效利用发酵成乙醇．扫描

3、电镜分析显示造纸污泥经同步糖化发酵后，长条状的纤维大多被破坏，同时出现了大量椭球状的酵母细胞．关键词：造纸污泥；纤维素酶；酿酒酵母；乙醇；表面活性剂中图分类号：TQ92doi：10．3969／j．issn．1000-565X．2010．08．007造纸污泥是制浆造纸生产过程中产生的固体残渣．随着造纸工业的持续快速发展，每年新生的造纸污泥数量庞大且种类繁多．目前，造纸工业产生的大量污泥被废弃或者焚烧，不仅造成了资源的浪费，也产生了严重的环境污染问题⋯．因此，对如何根据污泥的特性合理地利用污泥中的有效成分生产高附加值产品，经济而有效地治理污泥的二

4、次污染问题进行研究具有非常重要的意义．乙醇是来自可再生资源的最有发展前景的液态燃料，具有清洁、安全和支持汽油充分燃烧等特点旧1．随着地球上不可再生资源化石燃料的日益枯竭，利用纤维素原料制备燃料乙醇作为发展新能源的重要途径越来越受到关注．造纸污泥中纤维含量较高，与其它生物质原料相比，其主要以细小纤维的形态存在，经过制浆过程中的物理化学处理，其半纤维素和木素含量降低，不需要经过预处理即可使纤维分散，有利于酶解反应的进行，且来源丰富，廉价易得，因而是发酵生产燃料乙醇极具潜力的生物质原料旧1．国外已有一些学者对造纸污泥发酵生产乙醇进行了研究与探索，M

5、arques等”4o分别以不同公司的造纸污泥作为生物质原料转化其中的纤维素成乙醇，转化率均超过5l％．国内有关造纸污泥发酵产乙醇的研究还鲜见报道．大量研究结果表明”西o，同步糖化发酵法(SSF)是转化纤维素生产乙醇较为理想的工艺，具有广泛的应用前景．与传统上采用的分步糖化发酵法相比，同步糖化发酵法具有以下优点o7】：能够有效消除葡萄糖积累对纤维素酶系的反馈抑制，从而提高酶的利用率和乙醇的产率；简化生产T艺，节省设备投资；持续生成乙醇并维持较低的糖浓度，大大降低了杂菌污染的风险．文中利用卫生纸厂原木浆在造纸过程中产生的初级污泥作为生物质原料，采

6、用同步糖化发酵法生产燃料乙醇，考察了添加非离子表面活性剂的作用效果，以期在尽量减少纤维素酶用量的同时获得较高的纤维素转化率和较高浓度的乙醇，以便充分利用原料，减少生产成本，为造纸污泥收稿日期：2009—09—03}基金项目：国家自然科学基金资助项目(20676045，20977033)；中山市科技研发项目(20073A146)作者简介：彭林才(1984·)，男，博士生，主要从事植物资源化学与生物质转化研究．E-mail：penglincai8@163．cornt通讯作者：陈元彩(1967一)，女，博士，副研究员，主要从事造纸废水生物处理技术及

7、电化学脱色处理技术研究．E-mail：che—nyc@soul．edu．Crl万方数据第8期彭林才等：造纸污泥同步糖化发酵生产燃料乙醇35的资源化利用提供技术参考1材料与方法1．1实验材料造纸污泥，取自广东中顺纸业集团有限公司；纤维素酶(Novozym342)，丹麦诺维信酶制剂有限公司生产，滤纸酶活力约为50FPU／mL；酿酒酵母Sac-charomycescerevisiaeGIM-2，华南理工大学轻工与食品学院实验室筛选菌种，于4℃条件下保藏在麦芽汁琼脂斜面培养基上，用酵母浸出粉胨葡萄糖培养基，在28℃条件下培养24h作为发酵培养基接种液

8、．1．2实验方法250mL的锥形瓶中装入用pH=5．0的磷酸盐缓冲液配置的发酵培养基(培养基成分：蛋白胨5∥L，酵母粉39／L，麦芽汁39／L)50mL，然后加人5