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以秸秆生物发酵制乙醇,不仅能够缓解全球能源危机,还可以减少因化石能源利用带来的温室效应及秸秆焚烧对环境造成的污染。在能源危机及环境污染变得越来越严重的情况下,利用秸秆纤维为原料来生产燃料乙醇成为一项迫切的、具有重要战略意义的任务。本论文以宁夏玉米秸秆为原料,通过多种方法对样品进行预处理,并对纤维素酶解糖化及乙醇发酵过程中的各种影响因素进行了考察,通过正交实验对工艺参数进行了优化。
分别采用有机溶剂处理,酸处理、碱处理、以及酸碱结合预处理方法对玉米秸秆进行预处理。通过比较发现酸碱结合预处理的效果最好:处理后糖化率达到66.16%,而且这种处理方法能使纤维素和半纤维素达到较好的分离,在后续发酵中可以使木糖和葡萄糖在各自的最佳条件下单独发酵,提高乙醇产量。
利用纤维素酶对预处理后的秸秆进行降解糖化,以糖化率为指标,对酶解过程中底物浓度、酶解温度、酸度、酶解时间及酶用量等影响因素进行了考察。确定酶解糖化的最佳工艺参数为:底物浓度为1%,酶用量为2000u/ml,pH4.9,温度为45℃,反应时间为48小时,在此条件下,糖化率达到86.24%。
固定化酶比游离酶有较好的稳定性,可以重复使用和回收,又便于连续操作,所以本文用硅胶做载体,戊二醛作交联剂,制备了固定化纤维素酶,并用于酶解玉米秸秆。对影响固定化的因素及影响酶解的因素进行了考察,通过正交试验优化得出最佳的固定化条件为:交联剂戊二醛浓度为1%,pH值为5.0,固载量为100mg/g。以糖化率为指标进行酶解影响因素考察,确定最佳时间是48h,底物浓度是2%,温度是50℃,pH为4.0,给酶量是0.6mg/g。
对乙醇发酵过程中的各种影响因素包括酸度、发酵时间、接种量和发酵温度等进行了考察,并通过正交试验优化了工艺参数,确定最佳发酵工艺条件为:pH5.5,反应时间为54小时,接种量为10%,温度为42℃,在此条件下,乙醇产量为0.213g/g。