稻草水解液发酵制取乙醇以及与其相关的细胞生物电化学研究

来源 :中国科学院理化技术研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gaoxuan1234
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本研究以稻草秸秆为原料,通过化学与生物转化相结合的途径对稻草秸秆的各个组分进行了有效分离,并最终通过发酵技术将稻草秸秆中的碳水化合物转化为乙醇。同时,对稻草水解液发酵制取乙醇过程所存在的问题进行了分析,并选用探针电化学技术研究了糠醛、乙酸以及乙醇等发酵抑制剂对酵母的抑制作用,为构建合适的酵母以及选择理想的发酵工艺提供了一定的理论基础。 在稀酸水解前处理方法的基础上,提出根据稻草秸秆的每个组分的化学性质的不同,分步、分别处理,分别加以利用的设想。首先通过稀酸催化水解反应分离稻草秸秆中的半纤维素组分,使其以木糖为主的还原性单糖的形式溶解于稀酸分离液中。稻草秸秆的第二步处理过程是脱木质素反应,所选用的方法为木质素的磺甲基化反应,木质素以水溶性的木质素磺酸盐的形式被分离出来。经过稀酸催化水解反应与木质素的磺甲基化反应后,所剩余的部分基本上就是比较纯净的纤维素部分,其酶解率高达93%。 选用三株酵母分别考察了它们发酵纯木糖溶液以及稻草水解液的性能。研究发现,与传统的酿酒酵母(S.cerevisiae)相比,木糖发酵酵母有乙醇产率低、对发酵抑制剂的敏感性高以及乙醇耐受能力差等缺点,以上因素限制了稻草水解液发酵制乙醇工艺实现工业化生产。 最后首次采用双探针电化学方法研究了酿酒酵母与木糖发酵酵母在一些生理特征上的不同,并在此基础上研究了糠醛、乙酸以及乙醇等发酵抑制剂对酵母的抑制作用,得出如下结论:①三株酵母耐受以上三种发酵抑制剂的顺序一致为S.cerevisiae>P.tannophilus>P.stipitis,②应对糠醛的毒理作用,酿酒酵母S.cerevisiae与两株木糖发酵酵母有不同的反应,③双探针电化学方法验证了解释乙酸对酵母抑制作用的解偶联理论,④探针电化学方法是评价酵母乙醇耐受性的合理方法,所得结果与建立在发酵基础上的评价方法类似,并推测高浓度的乙醇可能会导致细胞壁的破裂。
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