固定化酵母粒子强化及其对甜高梁茎秆汁液乙醇发酵的影响

采用正交试验设计开展了三亚乙基四胺(TTA)和戊二醛(GLU)的浓度和处理时间对海藻酸钙固定化酵母粒子的化学强度影响的试验研究,并以甜高粱茎秆汁液为原料,在5 L的反应器中进行乙醇发酵试验,考察强化后的固定化酵母粒子对乙醇发酵的影响.结果表明,最优的固定酵母粒子强化处理的方案为TTA浓度为0.5%,处理时间为120 min;GLU浓度为0.5%,处理时间为8 min.连续8批次的甜高粱茎秆汁液乙醇发酵试验结果表明,最优组合强化后固定化酵母粒子用于乙醇发酵时,平均乙醇得率和变异系数(CV%)分别为84.78%和8.08%,而未强化的固定化酵母籽子为84.32%和9.68%,可见,最优组合强化后的固定化酵母粒子的发酵性能略优于未强化的固定化酵母籽子.该文为固定化酵母发酵甜高粱茎秆汁液制取生物乙醇技术的研究提供了参考.     

固定化酵母粒子强化及其对甜高粱茎秆汁液乙醇发酵的影响

采用正交试验设计开展了三亚乙基四胺(TTA)和戊二醛(GLU)的浓度和处理时间对海藻酸钙固定化酵母粒子的化学强度影响的试验研究，并以甜高粱茎秆汁液为原料，在5 L的反应器中进行乙醇发酵试验，考察强化后的固定化酵母粒子对乙醇发酵的影响。结果表明，最优的固定酵母粒子强化处理的方案为：TTA浓度为0.5%，处理时间为120 min；GLU浓度为0.5%，处理时间为8 min。连续8批次的甜高粱茎秆汁液乙醇发酵试验结果表明，最优组合强化后固定化酵母粒子用于乙醇发酵时，平均乙醇得率和变异系数(CV%)分别为84.78%和8.08%，而未强化的固定化酵母籽子为84.32%和9.68%，可见，最优组合强化后的固定化酵母粒子的发酵性能略优于未强化的固定化酵母籽子。该文为固定化酵母发酵甜高粱茎秆汁液制取生物乙醇技术的研究提供了参考。     

固定化酵母发酵甜高粱茎秆汁工艺参数对酒精得率的影响

以甜高粱茎秆汁为原料，在摇瓶和反应器上对固定化酵母发酵甜高粱汁制取酒精过程中温度、pH值及固定化酵母粒子填充率三个主要工艺参数对酒精得率的影响进行了试验研究。摇瓶单因素试验结果表明：固定化酵母发酵甜高粱茎秆汁液制取酒精过程中，较优的温度、pH值和粒子填充率分别为34℃、4.5和25%。摇瓶的验证试验结果表明，总发酵时间为6h，发酵结束时酒精得率和总糖利用率分别为95.15%和88.65%；反应器放大验证试验结果显示，总发酵时间10 h，发酵结束时，酒精得率和总糖利用率为96.72%和99.86%。该研究为甜高粱制取酒精技术提供了有益的参考。     

甜高粱茎秆固体发酵制取乙醇产业化示范工程

甜高粱茎秆固体发酵制取乙醇产业化示范工程是国家高技术研究发展计划(863计划)《甜高粱茎秆制取乙醇》(课题编号:2001AA 514040)项目中示范工程之一,本文简要的论述了利用甜高粱茎秆固体发酵工艺技术建成年产5000 t乙醇的产业化示范工程。该工艺设备简单,对环境条件要求不高,一次性投资,适宜在经济技术不发达的农村地区推广应用,发酵期间和蒸馏过程没有污水排放。当生产设施机械化程度配置较低时,整个生产过程需消耗大量劳力,工程运行期间可充分安排冬季农闲时的劳动力。     

甜高粱茎秆汁液成分分析及浓缩贮藏的试验研究

为提高甜高粱茎秆汁液制取燃料乙醇的原料利用率,延长甜高粱茎秆及其汁液贮藏期限,测定了辽甜1号、早熟1号、醇甜2号三个甜高粱品种茎秆及其汁液的营养成分,采用浓缩法对甜高粱茎秆汁进行了贮藏试验.结果表明,三个品种都含有丰富的糖分,可以为酵母菌发酵制取酒精提供良好的碳源,但总氮和某些矿物质元素(如:Fe3 )不能满足酒精酵母的营养需要;甜高粱茎秆汁浓缩至4～5倍时,可以抑制汁液中大多数微生物的活动,使其中糖分不受损失;在试验设定的真空浓缩工艺条件下(55～60℃,0.15 Mpa)甜高粱茎秆汁中产酸微生物或水解酶类仍保持活性,使得还原糖占总糖的比率随贮藏时间延长而升高,这有利于酒精发酵.     

甜高粱茎汁固定化酵母乙醇发酵工艺优化的试验研究

以可溶性糖含量为113 g/L的甜高粱茎汁为试验原料,采用响应面法建立了甜高粱茎汁固定化酵母乙醇生产过程中,乙醇产量随温度、pH值和发酵时间变化的二次多项式数学模型.根据该模型进行了工艺参数的优选,以乙醇产量为指标,试验所得甜高粱茎汁固定化酵母乙醇生产优化工艺条件为:温度31.14℃,pH值4.53,发酵时间13.26 h,该条件下乙醇产量为39.51 g/L.并对模型进行了检验,验证了数学模型的有效性.     

甜高粱茎秆固态发酵生产燃料乙醇的工艺优化研究

为了开发新型生物质能源,研究了用甜高粱茎秆生产燃料乙醇的工艺参数,在单因素试验的基础上用正交试验进行工艺参数的优化。结果表明,发酵温度、pH值、酵母营养盐对甜高粱秆固态发酵乙醇产率、起酵速度和发酵周期有显著影响;而酵母类型和装料系数只影响乙醇产率和起酵速度,对发酵周期无明显影响。试验中当装料系数为80%、pH 3.5、采用丹宝利酵母,添加营养盐2进行发酵时,最佳工艺参数为：发酵温度为22℃或25℃,营养盐添加量为0.02%,酵母接种量为0.08%,在此条件下发酵,最高酒精度可达6.6%（V/V）。该研究结果为中国燃料乙醇的发展提供科学依据。     

甜高粱茎汁及茎渣同步糖化发酵工艺优化

为了提高甜高粱秸秆乙醇生产中茎汁和茎渣的利用,以甜高粱茎汁及其渣为发酵原料,对茎汁茎渣混合原料同步糖化乙醇发酵的工艺条件进行优化研究。采用Plackett-Burman(PB)筛选设计试验筛选出影响甜高粱茎秆渣汁同步糖化乙醇发酵的显著因素。采用响应面法建立了同步糖化发酵乙醇生产的乙醇产量数学模型。根据该模型进行了工艺参数的优化,以乙醇产量为指标,试验所得甜高粱茎秆渣汁同步糖化化乙醇发酵的优化工艺条件为:发酵温度36.58℃,混合纤维素酶添加量=23.5(FBU/m L)/35.25(CBU/m L),甜高粱渣汁质量体积比为8.2%,理论预测乙醇产量为89.2%,在此条件下进行验证试验,乙醇产量为88.98%,平均质量浓度,验证了数学模型的有效性,为提高甜高粱茎汁及茎渣混合原料同步糖化发酵产乙醇和提高发酵效率提供参考。     

温度对固定化酵母酒精分批发酵的影响及动力学模型

该文以甜高粱茎秆汁液为原料,探讨了温度（25～37 ℃）对甜高粱汁固定化酵母酒精分批发酵的影响,并对不同温度下固定化酵母乙醇发酵的动力学模型进行了研究。结果表明：温度的升高可以提高细胞生长速率,但过高的温度却阻碍了细胞的生长,从而影响了酒精的产量。应用Hinshelwood模型,分别对酒精发酵过程中细胞生长动力学和酒精合成动力学进行了模拟,得到25～34℃范围内不同温度下各种动力学参数。在此基础上,进一步研究了温度同细胞生长动力学参数之间的内在联系,得到酒精分批发酵过程中酵母细胞质量浓度的变化同温度以及底物质量浓度之间的一般关系式,验证试验结果表明,该模型具有很好的适用性。     

甜高粱茎秆汁液锤度与可发酵糖含量的关系

甜高粱茎秆富含糖分,是生产燃料乙醇的良好原料。在甜高粱育种或生产中,常用锤度估算汁液含糖量,但锤度与可发酵糖的关系还不是很清楚。本文采用81个甜高粱材料,种植于北京、天津(盐碱地)、河北3个地点,研究了茎秆汁液锤度与可发酵总糖和蔗糖含量的关系。结果表明,北京、河北、天津三个地点甜高粱茎秆汁液总糖/锤度(糖锤比)总平均值分别为0.76、0.74和0.72,其中天津的甜高粱茎秆汁液糖锤比显著低于北京。北京、河北、天津三个地点甜高粱茎秆汁液锤度与总糖、蔗糖含量的相关性均达极显著水平,相关系数分别为0.8911,0.8376和0.9186,其中天津点显著低于河北。适合北京和河北非盐碱地种植的甜高粱茎秆汁液的锤度、可发酵总糖含量的整合回归方程为Y=0.8969X-1.7576(R2=0.8237);天津盐碱地糖锤比低于北京,相关系数显著低于河北,故其回归方程Y=0.9343X-3.1726(R2=0.7015)只可供其它盐碱地区参考。锤度和糖锤比的相关系数显著低于总糖含量和糖锤比的相关系数,说明含糖量高,锤度也高,但锤度高,含糖量不一定高。该结果对于甜高粱育种和加工工艺设计具有重要参考价值。     

不同糖质原料和菌株固态发酵制取乙醇的特性比较

利用固态发酵技术直接将糖质原料转化为乙醇,过程简单且糖利用率高,已经成为近年来的一个研发热点。为寻求最适原料及菌种,该文对不同原料和菌株进行固态发酵产乙醇特性进行了比较研究:2种菌株为实验室自行筛选酵母菌株TSH和市场上常见的安琪酿酒酵母菌株AGL;3种糖料作物为甘蔗、甜菜和甜高粱。结果表明,无论对于TSH或者AGL,投入相同质量的原料,由于可发酵总糖初始含量的不同,最终乙醇产量最高为甜菜,甜高粱次之,甘蔗最低。为消除原料初始糖含量不同造成的影响,该文比较了消耗单位质量糖分所生成的乙醇质量,发现对于2种菌株甜高粱都具有最高的乙醇/糖转化率,说明甜高粱茎秆中糖分用于生成乙醇的比率较多,而用于维持酵母菌自身生长繁殖及副产物生成的糖分较少。比较2菌株的发酵能力,对于甜高粱TSH表现出较为明显的发酵优势:发酵周期比AGL缩短了近6h,且乙醇/糖转化率略高于AGL;而对于甘蔗和甜菜原料,TSH的乙醇产率与AGL相差不大;说明自行筛选的TSH菌种对多种糖料发酵底物具有广泛适用性,具有良好的工业应用前景。该文对利用糖质原料固态发酵生产燃料乙醇工艺的工业化实现及改进具有一定的借鉴意义。     

甜高粱茎秆汁液固定化酵母酒精发酵的研究

本文应用一元线性回归分析法得出了甜高粱茎秆汁液锤度和可溶性总糖含量之间的关系。以甜高粱茎秆汁液为原料，在摇床及流化床反应器上进行了固定化酵母酒精发酵的试验研究。结果表明，以沈农甜杂2号甜高粱为原料，在摇床上作营养盐配比的正交试验，试验得出对提高酒精得率影响因素的主次顺序为：(NH₄)₂SO₄，K₂HPO₄，MgSO₄。最优组合为：0.125% K₂HPO₄，0.200%(NH₄)₂SO₄，0.050% MgSO₄。加营养盐的酒精得率比不加任何营养盐的酒精得率可提高4.0%～8.0%。K₂HPO₄，(NH₄)₂SO₄的配比对试验结果影响极显著，MgSO₄的配比对试验结果影响显著。在流化床反应器上试验，4种较优营养盐组合酒精得率近乎相等，比不加营养盐空白试验酒精得率高。从降低成本角度来讲，选择0.125% K₂HPO₄，0.200%(NH₄)₂SO₄，0.010% MgSO₄作为投产试验。本文为燃料乙醇的发展提供了科学的依据。     

Factors Impacting Ethanol Production from Grain Sorghum in the Dry-Grind Process

The goal of this research is to understand the key factors affecting ethanol production from grain sorghum. Seventy genotypes and elite hybrids with a range of chemical compositions and physical properties selected from ≈1,200 sorghum lines were evaluated for ethanol production and were used to study the relationships of composition, grain structure, and physical features that affect ethanol yield and fermentation efficiency. Variations of 22% in ethanol yield and 9% in fermentation efficiency were observed among the 70 sorghum samples. Genotypes with high and low conversion efficiencies were associated with attributes that may be manipulated to improve fermentation efficiency. Major characteristics of the elite sorghum genotypes for ethanol production by the dry-grind method include high starch content, rapid liquefaction, low viscosity during liquefaction, high fermentation speed, and high fermentation efficiency. Major factors adversely affecting the bioconversion process are tannin content, low protein digestibility, high mash viscosity, and an elevated concentration of amylose-lipid complex in the mash.     

甜高粱茎秆固态发酵制取燃料乙醇中试项目能耗分析

对以甜高粱茎秆为原料燃料乙醇中试项目的工艺进行了描述,对乙醇及副产品生产进行了能耗分析。该项目采用固态发酵工艺,乙醇转化率达到理论值的95.8%,并对剩余的茎秆渣进行综合利用,实现了余热回收利用,具有低排放的环保特性。项目年产无水乙醇1000t/a、发酵秸秆蛋白饲料1500t/a和秸秆纤维纸浆5000t/a。能耗分析表明,在考虑余热回收情况下,系统全年生产总能耗为4.31×106kW·h/a,无水乙醇的单位生产能耗为2759.67kW·h/t,蛋白饲料的单位生产能耗为36.86kW·h/t,秸秆纤维纸浆的单位生产能耗为298.41kW·h/t。无水乙醇生产工艺中回收余热量8.9×105kW·h/a。该系统中乙醇生产能量回收率为62.9%,高于以玉米等粮食原料生产乙醇的能量回收率。     

中国生物质能产业发展现状及趋势分析

该文在综合评价中国生物质能资源、产业发展和政策环境的基础上，分析未来生物质能产业发展趋势。中国具有丰富的生物质资源，生物质能产业初具规模：沼气产业基本形成，燃料乙醇年生产能力已达到102万t，开发了甜高粱茎秆等非粮作物生产燃料乙醇的技术，秸秆直燃发电示范工程正式并网运行；促进生物质能产业发展的宏观政策环境逐渐形成。因此得出结论：未来中国生物质能产业发展的重点是沼气及沼气发电、液体燃料、生物质固体成型燃料以及生物质发电；促进生物质能产业发展的政策环境将进一步完善；技术水平进一步提高；将有更多的大型企业参与；生物质能产业必将成为中国国民经济新的增长点。