论文部分内容阅读
化石能源价格居高不下和环境污染日益严重等一系列问题的出现，迫使人们寻求可再生新能源已成为当今社会关注的焦点，生物质液体燃料有着无可替代的优势。目前，生产乙醇、丁醇的原料通常为粮食、农作物秸秆、甘蔗等陆生植物；然而，海洋中的生物质一直被忽视；海藻类含有很高碳水化合物、生长速度快、光合效率高、不含难降解的木质素、不与农作物争夺土地、淡水资源、肥料等。褐藻资源在中国沿海分布很广，其含有大量碳水化合物，这些糖类可以被微生物利用生产乙醇、丁醇等。本文以海带为原料，通过预处理、酶解糖化技术及乙醇、丁醇发酵技术，对其能源化进行可行性研究。（1）以棕榈发酵细菌对褐藻中主要成分糖类为底物进行发酵实验，结果表明：能被细菌所利用的糖类有甘露醇、葡萄糖、半乳糖、岩藻糖、昆布淀粉，相应的乙醇转化率分别为0.346g、0.293g、0.236g、0.267g、0.308g ethanol/g substrate。（2）以海带为原料，利用响应面方法优化稀酸预处理工艺条件。在单因素实验基础上，以还原糖得率为作为考察指标，用Box-Behnken中心组合设计方法，建立数学模型得出理论最佳工艺条件为：酸浓度0.48mol/L、底物浓度8%、水解时间43min、水解温度120℃，在此条件下，还原糖得率为25.47%。（3）以甘露醇为底物，利用Clostridium acetobutylicumATCC824发酵产丁醇；首先采用Plackett-Burman筛选出影响发酵的主要因素，再以Box-Behnken优化发酵条件；最终确定发酵条件为：发酵温度37.3℃、初始pH6.38、乙酸铵浓度2.82g/L，数学模型分析预测最大丁醇产量为8.47g/L；为后续海带水解液发酵生产丁醇的研究提供理论依据和实验参考。（4）以海带为原料，研究前处理和混合酶解糖化对糖类溶出的影响，并对海带水解液进行乙醇、丁醇初步发酵试验。实验结果表明：利用褐藻胶裂解酶和纤维素酶共同处理海带可以使其溶出更多糖类物质；毕赤酵母、棕榈发酵细菌发酵海带液，最终乙醇体积分别为0.58%（V/V）和0.34%（V/V）。（5）海带发酵丙酮丁醇结果不够理想，后续工作应该用发酵罐在严格厌氧条件下，通过pH调控策略、发酵培养基和条件优化等来提高溶剂产量，使得以海带为原料发酵制备生物能源展现良好应用前景。