自然干燥甜高粱茎秆长期贮藏及乙醇发酵研究

为了延长甜高粱乙醇生产原料供应时间,将甜高梁茎秆自然干燥后用于长期贮藏.分别考察干燥和长期贮藏过程糖分变化,结果显示,自然干燥过程中,茎秆的含水率(干基)由80％降低至18％时,总糖损失率为3.85％;不同含水率的茎秆经6个月长期贮藏,含水率为22％以下茎秆中的总糖和还原糖基本保持不变.表明自然干燥过程使总糖损失较小,22％可作为甜高粱茎秆干燥贮藏的“安全含水率”.通过考察干燥的茎秆乙醇发酵的可行性,结果表明,固态发酵24 h即可达到终点,基质中的乙醇质量分数可以达67.06 mg/g(干基),发酵过程基本正常.通过该研究,表明自然干燥可作为甜高粱茎秆长期贮藏的一种较为有效的加工方式,可为解决甜高粱乙醇周年生产的原料供应问题提供一定技术参考.     

甜高粱茎秆采后生理特性及其自发气调包装贮藏的研究

为延长甜高粱茎秆贮藏期,研究了甜高粱茎秆采后呼吸速率、蔗糖转化酶、多酚氧化酶等变化规律,并用不同厚度的低密度聚乙烯薄膜(LDPE)进行了自发气调包装(MAP)贮藏试验.结果表明,甜高粱茎秆采后呼吸速率随温度升高而增大,温度从10℃上升到30℃,呼吸速率升高2倍左右;在相同温度下,辽甜一号茎秆的呼吸速率高于辽饲杂一号茎秆的呼吸速率.辽甜一号茎秆在O2 2.2%、CO2 7.6%下贮藏10 d,辽饲杂一号茎秆在O2 3.6%、CO2 6.4%下贮藏17 d会发生厌氧呼吸.甜高粱茎秆内中性、酸性蔗糖转化酶和多酚氧化酶在MAP贮藏中活性呈上升趋势,贮藏至30 d,总糖有2.8%～20.9%的损失,还原糖升高134.3%～523.1%,茎秆失重率为1.37%～1.51%.甜高粱茎秆在厚度为0.034 mm的低密度聚乙烯包装中蔗糖转化酶和多酚氧化酶活性增加幅度较小,总糖损失减少.该项研究为解决甜高粱茎秆制取燃料乙醇过程中的茎秆贮藏问题提供了科学的参考.     

甜高粱茎秆固态发酵生产燃料乙醇研究

该文通过研究甜高粱茎秆M-81E固态发酵生产燃料乙醇的主要影响因素,确定发酵条件为:耐高温酿酒酵母接种量为3%,发酵初始基质含水率为76%,添加0.25?Cl2,0.25%MgS04·7H2O,40℃发酵24 h,乙醇得率为6.42 g/(100g)甜高粱茎秆,转化率为90.5%,残糖含量低于0.3%;添加10 FPU/g纤维素酶和10 CBU/g β-葡萄糖苷酶,进行同步糖化固态发酵,乙醇得率为7.53 g/(100 g)甜高粱茎秆,与不添加纤维素酶和β-葡萄糖苷酶的相比,乙醇得率提高了14.6%.     

植物生长调节剂对甜高粱茎秆贮藏中糖分变化的影响

为降低甜高粱茎秆采后自然贮藏期内含糖量损失,掌握糖分损失与有关酶活性变化的关系,该文研究了采用植物生长调节剂处理甜高粱植株对其采后贮藏含糖量影响,以及有关酶活性的变化情况。结果表明,用适当种类和剂量的植物生长调节剂处理可以将甜高粱茎秆贮藏期延长到3～4个月,贮藏至112d,赤霉素(40mg/L)、马来酰肼钾盐(400mg/L)、萘乙酸钠(70mg/L)处理的茎秆干基含糖量分别为初始值的95%、92%和94%,均显著高于对照组。采用适当种类和剂量的植物生长调节剂对调节与甜高粱茎秆采后衰老及糖代谢有关酶的活性具有显著作用,这3种植物生长调节剂对甜高粱茎秆采后糖分损失的抑制与其调节有关酶活性有关。该项研究为解决大规模使用甜高粱茎秆制取燃料乙醇过程中的茎秆贮藏问题提供了参考。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

利用甜高粱秸秆汁发酵生产丁醇、丙酮

该试验以甜高粱秸秆汁作为生产丙酮、丁醇的发酵原料,从5种丙酮-丁醇菌中选出能够利用甜高粱秸秆汁且丁醇产量高的Bacillus acetobutylicum Bd3菌作为试验菌株,并对该菌株的发酵条件进行优化,得到的优化条件为:糖度为10oBrix的甜高粱秸秆汁,玉米浆含量5 g/L,接种量6%(v/v),(NH4)2SO4 5 g/L,KH2PO4 0.4 g/L,CaCO3 6 g/L,温度32℃,pH6.8,丁醇产量达到10.29 g/L。     

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。