甜高粱茎秆浓缩汁液制取生物乙醇联产SOD的研究

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由于化石能源日益枯竭,全球环境不断恶化,寻找新的替代能源已经势在必行。生物质能是清洁、无污染的能源,是太阳能的一种表现形式,其中生物乙醇被认为是最具有发展前景的替代能源之一。甜高粱是一种C4作物,光合速率高,具有耐涝、耐旱、耐贫瘠、耐盐碱等优点,被认为是生产生物乙醇的最佳原材料之一。但原料储藏和生产成本过高一直是制约生物乙醇产业发展的重要原因。在生产生物乙醇的同时,开发出具有高附加值的副产物是降低生物乙醇综合生产成本的有效方法之一。本研究选择甜高粱品种“TE706”为实验试材,利用甜高粱茎秆浓缩汁液制取生物乙醇,并联产出酵母SOD (Superoxide dismutase,超氧化物歧化酶),培养条件为35℃、150r/mim。本文研究了初始糖浓度、酵母接种量、N、P、金属离子、维生素等11种因素对乙醇发酵及酵母SOD产量的影响规律,并通过响应面法优化相应工艺参数及添加条件。研究结果表明:糖浓度、接种量、(NH4)2S04、K2HPO4、CUSO4、 VB1、Inositol对乙醇得率及酵母生物量具有显著影响;Zn(AC)2、Niacin对乙醇得率影响不显著,CaCl2、MgSO4对酵母生物量影响不显著;所有因子对酵母SOD产量均呈显著影响。在适宜的糖浓度、(NH4)2SO4、K2HPO4、MgSO4。CuSO4、 Zn(AC)2、维生素B1、Inositol添加量条件下,乙醇得率均具有一个最大值点,呈先升高后下降的趋势;而接种量、CaCl2、Niacin浓度的增加则会使乙醇得率下降,不利于发酵。适宜的糖浓度、接种量、(NH4)2SO4、K2HPO4、CuSO4、Zn(AC)2、维生素B1、Inositol会促进酵母生物量合成;CaCl2、MgSO4、Niacin的添加则不利于酵母生物量的合成。随着(NH4)2SO4、CuSO4、Zn(AC)2、维生素B1和Inositol浓度的增加,酵母SOD产量呈先降低后升高的趋势,在实验范围内均有一个最小值;当糖浓度、CaCl2、MgSO4浓度增加时,酵母SOD产量表现出升高-下降的趋势,具有一个最大值;接种量的增大不利于酵母SOD产生,而K2HPO4则不断促进酵母SOD合成。初糖浓度增加会延长发酵时间,随着糖浓度增加,最大CO2失重呈现出升高-降低的趋势,最大CO2失重在初糖浓度269.84g/L获得;而适宜的接种量及(NH4)2S04、维生素B1、K2HPO4、CuSO4、Zn(AC)2的添加能够提高最大CO2失重,其中(NH4)2SO4、维生素B1能够提高最大CO2失重并同时缩短发酵时间,说明提高了发酵效率及速率;Niacin的添加会降低最大CO2失重,不利于发酵速率的提高。单因素实验结果表明,(NH4)2S04.K2HP04.Inositol对乙醇得率和酵母SOD产量影响最为显著。通过对甜高粱茎秆浓缩汁液发酵制取生物乙醇联产SOD的工艺分析和参数优化的研究,得出各因素对乙醇得率的影响顺序为:K2HP04>(NH4)2S04> Inositol;对酵母SOD产量的影响顺序为:(NH4)2S04>K2HP04>Inositol.较优的工艺参数条件为:(NH4)2SO4为0.00g/L.K2HP04为1.53g/L.Inositol为63.37mg/L。在此实验条件下,乙醇得率和酵母SOD产量分别为81.34%和3.03×104U/L。综上所述,本研究获得了11种影响因子对乙醇得率和酵母SOD产量的影响规律;通过工艺分析及优化,获得了较优的发酵工艺参数,提高了乙醇得率和酵母SOD产量。在保证较高乙醇得率的同时,获得了可观的酵母SOD,可以降低发酵综合成本。
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