米曲霉发酵降解玉米秸秆生产乙醇工艺条件研究

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秸秆是一种面广量大的生物质资源。但是由于秸秆结构复杂,特别是包裹在纤维素外的木质素阻碍了秸秆中纤维素的酶解,导致秸秆利用率较低。因此降解木质素对于有效地利用和转化秸秆中纤维素资源,扩大发酵工业中碳水化合物原料来源,减少工业用粮,降低发酵产物成本,具有一定的现实意义。本文以米曲霉CGMCC5992为出发菌株,采用单因素试验和响应面分析优化了利用米曲霉固态发酵合成木质素过氧化物酶,再添加过氧化氢水解发酵料中的木质素,水解后的残渣糖化水解,酵母发酵生产乙醇的工艺参数。此工艺优点时间短,无二次污染,成本低。  首先利用单因素筛选影响木质素过氧化物酶活不同的水料比、碳源、氮源、无机盐,并通过响应面优化获得较高的木质素过氧化物酶活性的培养基组成:水料比1.5∶1、0.44%麦芽糖、3.98%黄豆粉、0.48%MgSO4,在此条件下固态发酵10天,木质素过氧化物酶活为11.23 U/g基质。  其次,以木质素去除率为指标,利用单因素试验筛选木质素水解的温度、pH值,水料比和过氧化氢浓度,并进一步采用四因素三水平的Box-Behnken试验设计,优化木质素的水解条件。水解的最佳条件为:温度48.05℃,pH值5.76,过氧化氢浓度0.21μL/mL、水料比24.88∶1,在最佳的水解条件下,木质素去除率最高可达80.3%。电镜表明,秸秆的木质素在水解后结构明显发生改变。  最后,以糖得率为指标,利用纤维素酶对木质素水解后的基质中纤维素进行糖化,并研究了纤维素糖化的条件:温度50℃、pH5.1、纤维素酶添加量0.15%,此时糖得率为27.5%。纤维素水解后的产物加入酵母,研究乙醇发酵的最佳条件。得到最佳条件为温度30.27℃、发酵天数2.47 d,酵母添加量0.26%,糖转化率约为65.52%。红外光谱分析表明,玉米秸秆在通过米曲霉固态发酵后,部分木质素部分被降解。
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