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近年来由于能源危机和全球变暖愈发受到社会的重视,人们希望能找到一种可替代化石燃料的新能源来解决上述问题,燃料乙醇作为一种应用前景十分广阔的生物质能源无疑是最佳选择之一。以玉米为代表的淀粉质原料发酵制乙醇是我国主要的生产方法,与传统的发酵相比,同步糖化发酵是将酶水解和乙醇发酵结合在一起,在同一发酵罐中进行,该方法具有降低能耗,简化发酵工艺,减小底物抑制,增大乙醇产量等优点。但同时也存在着诸多缺陷,如发酵过程中的工艺参数未达到最佳条件,还有待优化;而且酵母菌、酶制剂与原料在同一罐体中作用,使得发酵过程变得难以控制和预测等。为此,本文主要针对发酵过程中影响极为显著的几个工艺参数进行优化研究,旨在找到最优的工艺条件,并且将酵母生长动力学与乙醇生成动力学进行类比,给出了以乙醇质量浓度作为目标函数的重新参数化的动力学模型。本文主要通过考察发酵温度、酵母菌添加量、糖化酶添加量这三个因素对乙醇产量的影响得出如下结论:(1)随着发酵温度的升高、酵母菌添加量的增加和糖化酶添加量的增加乙醇质量浓度都是呈现先升高后降低的趋势,其中在发酵温度为32℃,酵母菌添加量为4.59‰g/(g·原料),糖化酶添加量为4.15‰g/(g·原料)时乙醇质量浓度达到最大值。(2)在单因素的基础上通过三因素三水平的Box-Behnken组合设计并运用Design Expert软件对实验数据进行分析处理,求出了回归方程并绘制出了响应面曲线图,以此来确定各个影响因素对响应值的影响趋势及各因素的交互作用,最终得出发酵温度为32.5℃、酵母菌添加量为4.42‰g/(g·原料)、糖化酶添加量为4.209‰g/(g·原料)为最优的制备工艺条件。(3)用重新参数化的Logistic模型和Gompertz模型描述不同酵母菌添加量下乙醇质量浓度随发酵时间的变化,它们的拟合度R2均大于0.9500,其中参数Pmax(最大乙醇质量浓度)随着酵母菌添加量的增大而升高,λ(延迟时间)随着酵母菌添加量的增大而降低,而Vmax(乙醇比生成速率)的变化规律不明显,说明其受酵母菌添加量的影响较小。