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1、木薯燃料乙醇发酵工艺的优化木薯燃料乙醇发酵工艺的优化2报告内容报告内容1研究内容3研究方案2研究背景研究背景结论与建议结论与建议4致谢致谢5 美国美国是是玉米玉米燃料乙醇；燃料乙醇；巴西巴西是推广是推广甘蔗甘蔗燃料乙醇；燃料乙醇； 欧盟欧盟各国主要以各国主要以农作物农作物(小麦、黑麦和小麦、黑麦和大麦大麦)为原料；为原料；印度印度是是糖蜜糖蜜燃料乙醇；燃料乙醇；加拿大加拿大采取采取免税免税政策来促进生物乙醇政策来促进生物乙醇的发展的发展 ；日本日本由于资源缺乏，尚未大规模生产由于资源缺乏，尚未大规模生产和使用燃料乙醇，只能和使用燃料乙醇，只能进口进口。 国内外发展现状与趋势国内外发展现状与趋势
2、国家可再生能源中长期发展规划国家可再生能源中长期发展规划中提出了中提出了非粮燃料乙醇非粮燃料乙醇目标：目标：2010年，增加非粮原料燃料乙醇年利用量达到年，增加非粮原料燃料乙醇年利用量达到200104 t，2020年的生年的生物燃料乙醇年利用量达到物燃料乙醇年利用量达到1000104 t，非粮非粮原料主要是原料主要是薯类，甜高粱、薯类，甜高粱、甘蔗，秸秆和能源藻类。甘蔗，秸秆和能源藻类。现阶段我国燃料乙醇主要产能情况1.1 国内外燃料乙醇发展现状与趋势国内外燃料乙醇发展现状与趋势1 研究背景研究背景1.2 生产生产燃料乙醇燃料乙醇的的原料原料农作物农作物单位单位土地土地产量产量（公（公斤斤/亩
3、）亩）单位单位产品产品乙醇乙醇产量产量（公（公斤斤/吨）吨）单位单位土地土地乙醇乙醇产量产量（公（公斤斤/亩）亩）甜高粱甜高粱500060300甘蔗甘蔗470055260甜菜甜菜300078230木薯木薯2700118315玉米玉米340325110小麦小麦26031080几种主要作物生产乙醇量对照表几种主要作物生产乙醇量对照表原料原料原料特点淀粉类包括甘薯、木薯和马铃薯等薯类薯类和高粱、玉米、大米、谷子、大麦、小麦和燕麦等谷类 。糖类包括甘蔗甘蔗、甜菜和甜高粱茎秆等含糖作物以及糖蜜等 。纤维类包括农作物秸秆农作物秸秆、林业加工废弃物、甘蔗渣及城市固体废物等，主要成分为纤维素、半纤维素和木质素
4、。 木薯分布在木薯分布在南北纬南北纬30之间之间，具有，具有耐旱、耐耐旱、耐贫瘠贫瘠等特点，在我国南方各省广泛种植。等特点，在我国南方各省广泛种植。1.3 木薯燃料乙醇木薯燃料乙醇的的发酵工艺路线发酵工艺路线淀粉类原料淀粉类原料糖类原料糖类原料纤维素原料纤维素原料液体发酵液体发酵连续发酵连续发酵半固体发酵半固体发酵半连续发酵半连续发酵间歇式发酵间歇式发酵固体发酵固体发酵乙醇乙醇SHF发酵发酵优点：优点：酶解60，发酵30 缺点缺点：发酵初糖抑制酵母和酶活性SSF发酵发酵优点：优点：抑制消除，节能缺点缺点：酶解与发酵温度不一样固定化固定化发发酵酵优点：优点：细胞或酶密度高，反应快，耐受性强缺点缺
5、点：工业化难实施生料发酵生料发酵优点：优点：节能缺点缺点：生淀粉酶活力弱，易染菌，发酵不彻底工艺路线工艺路线按发酵过程物料存在状态物料存在状态及发酵料注入发酵罐的方式注入发酵罐的方式不同：木薯发酵乙醇工艺比较：6报告内容报告内容1研究内容3研究方案2研究背景研究背景结论与建议结论与建议4致谢致谢52 研究方案研究方案2.1 研究概述研究概述高浓度高浓度乙醇乙醇乙醇乙醇菌种菌种SHF工艺工艺淀粉利用率低淀粉利用率低选育耐性菌株选育耐性菌株SSF工艺工艺多种酶制剂多种酶制剂研究概述研究概述木薯粉含量的测定木薯粉含量的测定成分成分 粗淀粉粗淀粉 69.10粗蛋白粗蛋白 3.14类脂物类脂物 0.49
6、粗纤维粗纤维 2.95灰分灰分 2.20水分水分 11.15 木薯粉含量的测定木薯粉含量的测定2.2 本本研究研究的工艺路线的工艺路线 木薯粉木薯粉调浆调浆水水液化液化淀粉酶淀粉酶糖化发酵糖化发酵糖化酶糖化酶乙醇乙醇营养盐营养盐果胶酶果胶酶酸性蛋白酶酸性蛋白酶普鲁兰酶普鲁兰酶纤维素酶纤维素酶酵母酵母果胶酶果胶酶酸性蛋白酶酸性蛋白酶纤维素酶纤维素酶研究研究工艺路线工艺路线2.3 实施方案所需要的条件及分析方法实施方案所需要的条件及分析方法原料原料：过80目的木薯粉；菌株菌株：实验室所保藏的菌株ETL10-1-01；实验所需营养盐营养盐：磷酸氢二钾、尿素、硫酸镁、氯化钙；实验所需酶酶：液化酶、糖化
7、酶、酸性蛋白酶、纤维素酶、普鲁兰酶和果胶酶；发酵力度的测定发酵力度的测定 ：CO2失重法；发酵醪中乙醇浓度的测定发酵醪中乙醇浓度的测定 :岛津气相色谱 ；发酵醪中残总糖的测定发酵醪中残总糖的测定 :酸解后SBA仪测葡萄糖；发酵醪中还原糖的测定发酵醪中还原糖的测定：DNS法测还原糖。条件及分析方法条件及分析方法11报告内容报告内容1研究内容3研究方案2研究背景研究背景结论与建议结论与建议4致谢致谢5n木薯粉为木薯粉为100 g，料水比为，料水比为1:2，糖化酶量，糖化酶量150Ug-1，添加优化了的营养盐，添加优化了的营养盐，酸性蛋白酶的添加量分别为酸性蛋白酶的添加量分别为0、5、10、15、2
8、0、25 Ug-1时，发酵时，发酵74 h后后的的CO2的失重量分别为的失重量分别为41.18、41.22、41.46、40.65、40.61、40.44 g。酸性蛋白酶的最佳添加量为酸性蛋白酶的最佳添加量为15（U/g木薯粉），在此添加量下，木薯粉），在此添加量下，酒精含量达酒精含量达到到135.14g/L，残总糖为残总糖为10g/L，淀粉利用率达，淀粉利用率达93.01%。加入酸性蛋白酶对提高酒精的出酒率效果明显。加入酸性蛋白酶对提高酒精的出酒率效果明显。3 木薯原料的不同处理方式对发酵产乙醇的影响木薯原料的不同处理方式对发酵产乙醇的影响3.1 酸性蛋白酶对木薯乙醇发酵的影响酸性蛋白酶对木
9、薯乙醇发酵的影响木薯原料的不同处理方式对发酵产乙醇的影响木薯原料的不同处理方式对发酵产乙醇的影响n木薯粉为木薯粉为100 g，料水比为，料水比为1:2，糖化酶量，糖化酶量150Ug-1，添加优化了的营养盐，纤，添加优化了的营养盐，纤维素酶的添加量分别为维素酶的添加量分别为0、5、10、15、20、25 Ug-1时，发酵时，发酵74 h后的后的CO2的的失重量分别为失重量分别为41.18、40.49、40.76、41.84、41.23、41.19 g 。纤维素酶的最佳添加量为纤维素酶的最佳添加量为15（U/g木薯粉），此添加量下，木薯粉），此添加量下，酒精含量达酒精含量达133.79g/L, 残
10、总糖为残总糖为8.5g/L，淀粉利用率达，淀粉利用率达92.06%。加入纤维素酶对提高酒精的出酒率效果明显。加入纤维素酶对提高酒精的出酒率效果明显。3.2 纤维素酶对木薯乙醇发酵的影响纤维素酶对木薯乙醇发酵的影响木薯原料的不同处理方式对发酵产乙醇的影响木薯原料的不同处理方式对发酵产乙醇的影响n木薯粉为木薯粉为100 g，料水比为，料水比为1:2，糖化酶量，糖化酶量150Ug-1，添加优化了的营养盐，普，添加优化了的营养盐，普鲁兰酶的添加量分别为鲁兰酶的添加量分别为0、0.04、0.08、0.12、0.16、0.20 Ug-1时，发酵时，发酵68 h后的后的CO2的失重量分别为的失重量分别为41
11、.27、41.29、41.39、41.41、41.45、41.57 g 。随着普鲁兰酶添加量的增加，酒精度呈上升趋势，当添加量为随着普鲁兰酶添加量的增加，酒精度呈上升趋势，当添加量为0.20U/g木薯粉木薯粉时，酒精浓度达到时，酒精浓度达到131.95g/L。3.3 普鲁兰酶对木薯乙醇发酵的影响普鲁兰酶对木薯乙醇发酵的影响木薯原料的不同处理方式对发酵产乙醇的影响木薯原料的不同处理方式对发酵产乙醇的影响n木薯粉为木薯粉为100 g，料水比为，料水比为1:2，糖化酶量，糖化酶量150Ug-1，添加优化了的营养盐，果，添加优化了的营养盐，果胶酶的添加量分别为胶酶的添加量分别为0、4、6、8、10、1
12、2 Ug-1时，发酵时，发酵68 h后的后的CO2的失重的失重量分别为量分别为40.66、41.19、41.69、41.83、42.18、41.48 g。当果胶酶的添加量为当果胶酶的添加量为8U/g木薯粉木薯粉，酒精浓度达到，酒精浓度达到128.57g/L，淀粉利用率为淀粉利用率为89.01%。3.4果胶酶对木薯乙醇发酵的影响果胶酶对木薯乙醇发酵的影响木薯原料的不同处理方式对发酵产乙醇的影响木薯原料的不同处理方式对发酵产乙醇的影响3.4.1 果胶酶对木薯乙醇发酵的乙醇浓度及淀粉利用率的影响果胶酶对木薯乙醇发酵的乙醇浓度及淀粉利用率的影响3.4.2 发酵醪液粘度的降低粘度(104mPas)乙醇浓
13、度(g/L)7（添加8U/g果胶酶）11130.287（添加8U/g果胶酶）14130.698（未添加果胶酶）30128.608（未添加果胶酶）32.5127.93n木薯粉为木薯粉为100 g，料水比为，料水比为1:2，糖化酶量，糖化酶量150Ug-1，添加优化了的营养盐，果，添加优化了的营养盐，果胶酶的添加量为胶酶的添加量为8Ug-1以及不添加果胶酶，注：其中果胶酶的添加时间为拌料后、以及不添加果胶酶，注：其中果胶酶的添加时间为拌料后、液化蒸煮之前，作用条件为：液化蒸煮之前，作用条件为：pH4.5，50，水浴摇，水浴摇1h。果胶酶以果胶酶以8Ug-1 的添加量下，粘度的添加量下，粘度降低了降
14、低了59.3%，乙醇浓度，乙醇浓度提高了提高了1.69%。木薯原料的不同处理方式对发酵产乙醇的影响木薯原料的不同处理方式对发酵产乙醇的影响3.5 酸性蛋白酶、纤维素酶、普鲁兰酶和糖化酶的酸性蛋白酶、纤维素酶、普鲁兰酶和糖化酶的正交对木薯乙醇发酵的影响正交对木薯乙醇发酵的影响四种酶四因素三水平的正交实验对木薯乙醇发酵的影响木薯原料的不同处理方式对发酵产乙醇的影响木薯原料的不同处理方式对发酵产乙醇的影响由极差值可知，由极差值可知，4种酶制剂对木薯发酵乙醇的显著程度由大到小依次为糖化酶酸种酶制剂对木薯发酵乙醇的显著程度由大到小依次为糖化酶酸性蛋白酶普鲁兰酶纤维素酶。性蛋白酶普鲁兰酶纤维素酶。木薯同步
15、糖化浓醪发酵乙醇，各种酶的最佳添加量：糖化酶为木薯同步糖化浓醪发酵乙醇，各种酶的最佳添加量：糖化酶为200 Ug-1，酸性蛋白，酸性蛋白酶酶10 Ug-1，普鲁兰酶，普鲁兰酶0.08 Ug-1，纤维素酶，纤维素酶20 Ug-1。在最适添加量下实验：乙醇浓度为在最适添加量下实验：乙醇浓度为133.83g/L，残糖为，残糖为5g/L（其中空白对照组为：（其中空白对照组为：乙醇浓度为乙醇浓度为123.14g/L，残糖为，残糖为6.75g/L）。乙醇浓度提高了）。乙醇浓度提高了7.99%，残糖降低了，残糖降低了35%。18报告内容报告内容1研究内容3研究方案2研究背景研究背景结论与建议结论与建议4致谢
16、致谢54 结论、创新点及建议结论、创新点及建议结论：结论：木薯中粗淀粉含量为木薯中粗淀粉含量为69.10%69.10%，粗蛋白含量为，粗蛋白含量为3.14%3.14%，类脂物含量为，类脂物含量为0.49%0.49%，粗纤维含量为，粗纤维含量为2.95%2.95%，水分，水分11.15%11.15%等。等。酶的最佳添加量：糖化酶为酶的最佳添加量：糖化酶为200 U200 Ug g-1-1，酸性蛋白酶，酸性蛋白酶10 U10 Ug-1g-1，普鲁，普鲁兰酶兰酶0.08 U0.08 Ug-1g-1，纤维素酶，纤维素酶20 U20 Ug-1g-1。果胶酶的最佳添加量：。果胶酶的最佳添加量：8U8Ug
17、g-1-1，在此添加量下，粘度降低了，在此添加量下，粘度降低了59.3%59.3%。 创新点：创新点：1)以不同方式对原料进行处理以不同方式对原料进行处理通过添加酸性蛋白酶、纤维素酶、通过添加酸性蛋白酶、纤维素酶、普鲁兰酶、果胶酶等；普鲁兰酶、果胶酶等；2)降低发酵醪液粘度降低发酵醪液粘度添加果胶酶。添加果胶酶。建议：建议：将酶的正交实验用于将酶的正交实验用于5L5L、150L150L的放大实验中，验证放大后乙醇产量的的放大实验中，验证放大后乙醇产量的增加增加; ;尽可能地实现实验室成果在工业生产中的应用，充分体现其经济效应。尽可能地实现实验室成果在工业生产中的应用，充分体现其经济效应。20报
18、告内容报告内容1研究内容3研究方案2研究背景研究背景结论与建议结论与建议4致谢致谢5 淀粉酶：苏宏淀粉酶：苏宏TM耐高温淀粉酶（诺维信）耐高温淀粉酶（诺维信） 酶活力：酶活力：35000U/mL ￥25/kg 糖化酶：苏宏牌糖化酶糖化酶：苏宏牌糖化酶475制剂（诺维信）制剂（诺维信） 酶活力：酶活力：100000U/mL ￥13/kg 纤维素酶：河北承德天丰纤维素酶：河北承德天丰 酶活力：酶活力：4500U/mL ￥50/kg 酸性蛋白酶：山东隆大生物工程有限公司酸性蛋白酶：山东隆大生物工程有限公司 酶活力：酶活力：100，000U/mL ￥45/kg 果胶酶：果胶酶： 山东隆大生物工程有限公司山东隆大生物工程有限公司 酶活力：酶活力：60000U/mL ￥150/kg 普鲁兰酶：普鲁兰酶： 山东隆大生物工程有限公司山东隆大生物工程有限公司 酶活力：酶活力：1000U/mL ￥100/kg附录：附录：酶酶组组基基因因组组信信息息组组发发酵酵组组能能源源组组吸吸附附组组分分离离组组材材料料组组生生物物柴柴油油组组生生物物基基化化学学品品组组
