基本信息
- 项目名称：
- 玉米秸秆清洁生产燃料乙醇
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本论文主要对玉米秸秆的预处理技术、纤维素酶发酵技术、纤维素酶解与乙醇发酵技术和酒糟综合利用技术进行了研究
- 详细介绍：
- 本文对玉米秸秆发酵生产燃料乙醇过程中四个关键技术问题进行了研究 （1）玉米秸秆的预处理采用丙酸蒸解工艺。玉米秸秆粉在丙酸浓度为900g/L，催化剂浓度为3g/L，料液比为1:12的条件下，121℃蒸解90min后，半纤维素去除率为98.5%，木质素去除率为60.61%，纤维素保留率为90.68%。蒸解处理后得到的纤维素渣中木质素含量仅为2.5%，从而最大可能地消除了木质素对纤维素酶酶解效果和酵母菌乙醇发酵的不良影响。同时得到具有较高开发价值的木质素及衍生物、单糖和寡糖等副产物。丙酸经适当处理后可循环使用。 （2） 纤维素酶制备采用本实验室选育的里氏木霉TJK-108纤维素酶高产菌株，进行固态分割发酵制备纤维素酶曲。发酵的最适条件为以经过处理的纤维素渣为基质，添加0.2% KH2PO4、0.2% MgSO4•7H2O、3% (NH4)2SO4、0.2% 吐温-80，控制底物含水量为70%， 初始pH为4.8，在30℃下按接种量10%，在培养72h时进行分割，发酵周期控制在4-6d，其纤维素酶活最高可达341.3U/g。 （3）纤维素酶解与乙醇发酵采用同步糖化固体发酵工艺。最佳的发酵条件为发酵温度36℃，纤维素酶曲用量为1:1，加水比为2，接种量为3.2×107个/g底物酵母菌，发酵72h后酒精产率为0.326 g/g底物。 （4）酒糟用来培养假丝酵母生产蛋白饲料，按酒糟、秸秆粉和纤维素酶的比例为65：25：10配料，(NH4 )2SO4的添加量为2 %时，真蛋白质含量最高，平均值可达到18. 24 %。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 研究探讨一条适合国情的玉米秸秆生产燃料乙醇的清洁生产技术路线。首先玉米秸秆粉通过丙酸蒸解处理，得到用来制备纤维素酶和进行乙醇发酵的高纤维素含量、低木质素含量的纤维素渣。纤维素酶制备采用本实验室选育的里氏木霉TJK-108纤维素酶高产菌株，进行固态分割发酵。纤维素水解发酵生产乙醇采用易于乙醇的回收的同步糖化固体发酵工艺。酒糟则用来培养假丝酵母生产高蛋白饲料。
科学性、先进性及独特之处
- 论文研究探讨适合国情的玉米秸秆生产燃料乙醇的清洁生产工艺。研究路线正确，成果具有较高的学术水平。其独特之处是（1）通过对原料组成的成分分离，有效地消除了木质素对纤维素酶酶解效果和酵母菌乙醇发酵的不良影响；（2）在纤维素酶制备中，采用酒糟回用和分割发酵技术，使原料得到充分利用并有效地提高了纤维素酶曲的酶活和纤维素酶生产的效率。
应用价值和现实意义
- 论文主要对玉米秸秆的预处理技术、纤维素酶发酵技术、纤维素酶解与乙醇发酵技术和酒糟综合利用技术等纤维原料燃料乙醇生产的关键技术进行了研究，取得阶段性研究成果，确定了一条可行的玉米秸秆生产燃料乙醇的清洁生产技术路线，具有很好的实际应用价值，并对今后纤维原料燃料乙醇的生产具有指导意义。
学术论文摘要
- 论文针对玉米秸秆制备燃料乙醇过程中的瓶颈问题进行了研究。玉米秸秆制备燃料乙醇关键步骤包括原料预处理、纤维素制备、纤维素水解与发酵及乙醇的回收等，实验结果证明，经丙酸处理后，玉米秸秆的木质素去除率可达60.61%，半纤维素去除率为98.5%，纤维素保留率为90.68%。在处理后的秸秆中添加10%酒糟与适量营养盐，调节pH和含水量分别至4.8和70%，采用TJK-108纤维素酶高产菌株，通过分割发酵法制备纤维素酶，30℃培养4～6天后，所得固体曲的纤维素酶活最高可达340U/g。将固体曲与处理后的玉米秸秆等量混合（加水比为2），接入酵母菌，于36℃培养3天，酒精产率可达0.326g/g底物。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1] Hideshi Yanase, Koji Nozaki,Kenji Okamoto. Ethanol production from cellulosic materials by genetically engineered Zymomonas mobilis[J].Biotechnology Letters,2005,(27): 259~263. [2] S.Hari Krishna, T.Janardan Reddy, G.V.Chowdary. Simultaneous saccharification and fermentation of lignocellulosic wastes to ethanol using a thermotolerant yeast[J]. Bioresource Technology, 2001，77:193~196. [3]孙智谋，蒋磊，张俊博，等.世界各国木质纤维素原料生物转化燃料乙醇的工业化进程J.酿酒科技，2007，91-94 [4] LYND L R,WEIMER, P JVAN W H. Microbial cellulose utilization: fundamentals and biotechnology [J].Microbiol Mol Biol Rev，2002，66(3):506～577． [5] Sun Tao, Liu Beihui, Li Zuohu, Liu Deming. Effects of air pressure amplitude on cellulase productivity by Trichoderma iride SL-l in periodic pressure solid state fermenter[J].Process Biochemistry,1999,(34):25~29.
同类课题研究水平概述
- 燃料乙醇产业最发达的两个国家是巴西和美国。巴西约有320多家燃料乙醇生产企业，1400万吨/年的乙醇生产规模，大部分企业实行燃料乙醇和糖联产。美国在燃料乙醇的生产上仍然是世界乙醇生产的领头羊，在将纤维素转化为燃料酒精的研究、生产和应用方面也走在世界的前列。美国加州大学Berkeley分校采用的流程是纤维素水解与发酵同步进行，该工艺以粉碎的玉米芯为原料，再用稀酸水解，将半纤维素水解成木糖等产物。该流程的酸水解是连续进行的，反应器中的纤维原料含量为5%，玉米芯水解率达40%，水解液中糖为2.6%，然后采用多效蒸发器浓缩至糖浓度为11%再进行发酵。美国维吉尼亚州立大学利用80%的浓磷酸循环使用进行木质纤维素“溶解性分离”的研究，然后经纤维素酶水解，得到较纯的葡萄糖，其得率达到35%。 我国在纤维素乙醇技术开发上也取得了一些重要进展。许多研究机构以玉米芯、玉米秸秆、废木屑为原料，用蒸汽爆破或湿氧化预处理技术、稀盐酸水解和氯化亚铁为催化剂的水解技术、白腐菌生物降解技术，并通过选育高效纤维素酶菌株等探讨实现木质纤维素发酵生产乙醇，并与企业合作初步完成示范性中试生产。 迄今为止，全世界已经建有几十套纤维质原料经纤维素酶水解成单糖的中试生产线或小试生产线。纤维燃料乙醇在国内外研究正步入一个新的时代，在一些关键技术上取得了重要的进展，并建立了多个示范性工厂。但整体上，由于在预处理技术、纤维素酶生产技术、戊糖己糖发酵菌株构建、发酵工艺的选择、乙醇的回收等方面还没有取得根本性的突破，单位燃料乙醇的生产成本很高，要实现木质纤维素燃料乙醇发酵生产的产业化还有一定的距离。
