论文部分内容阅读
黄姜是皂素生产的最主要药源植物,黄姜皂素生产废渣是黄姜提取皂素之后残留的固体废物。大部分黄姜皂素生产废渣被任意堆置或者焚烧,不仅造成生物质资源的巨大浪费,而且渣中有机或无机有毒物质,最终进入土壤,流入水体,严重污染环境;同时由于渣的颗粒小、疏松、能量密度低也给大气带来粉尘污染。皂素生产废渣的主要成分是纤维素、半纤维素、木质素、淀粉,这些成分具有很好的乙醇转化条件,是发展生物能源难得的原料。本文依据皂素废渣的成分特点,采用酸-菌-酶联合处理技术对其进行分步糖化发酵和同步糖化发酵转化乙醇条件进行了研究,同时对二者的最优条件进行了固体发酵、液体发酵和酵母诱变初步探索。研究结果如下:(1)新工艺黄姜皂素废渣的主要化学成分研究表明,纤维素、半纤维素、木质素、还原糖和淀粉含量分别为17.05%、24.02%、10.40%、0.79%、33.69%,具有良好的转化乙醇潜力。(2)黄姜皂素生产废渣酸-菌-酶联合处理结果表明,酸水解条件为:酸质量分数4%、100℃、液固比20:1、水解时间为120 min;菌降解条件为:菌悬液100 mL/L、温度30℃、pH 6、降解时间为4 d;酶水解条件为:酶用量0.9 mL、温度50℃、pH 4.8、水解时间100 min。在此条件下,木质素去除率为42.82%,总还原糖得率达59.72%。(3)分步糖化发酵(SHF)优化试验结果显示,各因子对乙醇转化率的影响次序为:温度>时间>pH>接种量,分步糖化发酵产乙醇的最佳条件为:温度31℃、发酵时间72 h、pH 4.8、接种量10%(v/v),该条件下还原糖转化率61.41%,乙醇转化率为60.04%。(4)同步糖化发酵(SSF)单因素及正交试验结论:同步糖化发酵乙醇中,发酵温度、发酵时间、起始pH及接种量4因子对乙醇转化率与还原糖转化率的影响大小相同,依次是:发酵温度>发酵时间>起始pH>接种量,最佳工艺条件参数也相同,即:温度38℃、时间72 h、起始pH 6.0、接种量10%和酒精酶用量0.9 mL。在该条件下,还原糖转化率为75.51%,乙醇转化率为67.65%。SSF对于SHF发酵模式而言,SSF发酵时间是72 h,SHF糖化处理及发酵时间为144 h,SSF培养时间缩短了72 h;SSF乙醇转化率为67.65%,SHF乙醇转化率为60.04%,SSF乙醇转化率比SHF高出7.61%。(5)为了提高酵母的发酵温度,通过紫外诱变与热冲击处理后筛选得到的3株诱变菌98#、6#和18#,这三株菌不仅在耐热性能上超越亲株而且在耐乙醇性能上也大大优于亲株。酵母诱变后进行乙醇发酵试验结果显示,酵母诱变处理后得到的最高乙醇转化率是69.13%比诱变前的乙醇转化率55.05%提高大约26%,酵母诱变后,在液体同步糖化发酵的最佳工艺条件进行发酵,乙醇转化率为69.13%,固体同步糖化发酵乙醇转化率为67.65%。