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碱蓬是一种生长于盐碱地和海滨沙滩的抗逆性较强的盐生植物,也是一味中药。其性微寒、味微咸、入肾经,具有清热、消积的功效,主治食积停滞腹胀、发热等。 现代研究发现,碱蓬主要含纤维素、氨基酸、脂肪酸、黄酮类等成分,本研究中测得海滨盐地碱蓬中纤维素和半纤维素含量高达37.4%和37.9%。因此除药用外,其作为纤维素类生物质原料用于发酵生产生物乙醇便成为当前可再生能源研究的重要课题。 生物乙醇为当前能源领域的一个研究热点,但生物质原料来源受限仍然是其发展的一个重要制约因素。本文以海滨盐地碱蓬为主要原料,开展了一系列生物乙醇开发相关的研究工作,以期为碱蓬等天然资源的进一步开发利用、促进其它海洋生物质能源的开发及生物乙醇的发展作基础。 本实验以玉米秸秆为对照样,对碱蓬、芦苇、浒苔、海带渣等4种海滨植物作为产乙醇生物质原料进行了优势分析。研究表明,这4种原料均有一定的应用价值,尤以碱蓬为佳,其不仅纤维素和半纤维素含量最高外,而且易于降解。在相同实验条件下经酸化酶解后,碱蓬还原糖浓度增加了25.6mg/ml,均高于其它样品,优于秸秆;在相同条件下,碱蓬发酵24h,发酵液中乙醇浓度到达了1.06%,远高于秸秆的0.71%。实验表明,碱蓬是良好的乙醇生物质原料,具有一定的应用前景。 实验比较了碱蓬稀酸、稀碱、爆破等三种预处理方法,确立了碱蓬高温稀碱预处理方式。并对其碱预处理条件进行了优化,确立了氢氧化钠浓度为0.7%、处理温度为110℃、处理时间为10min、底物颗粒大小为过20目等预处理工艺条件。该工艺条件有效提高了碱蓬的酶解效果,而且操作相对简单,适合于在工业大规模生产中应用。 试验了碱蓬同步糖化发酵和分步糖化发酵两种发酵方式,实验表明碱蓬两种发酵方式乙醇产量接近,综合考虑,选择了同步糖化发酵方式。对碱蓬发酵条件进行了单因素优化和响应面法(RSM)优化后,确立了其最佳发酵工艺条件为:发酵温度37℃、发酵时间43h、发酵 pH4.92、纤维素酶添加量37IU/g、酵母接种量4%、摇瓶转速120rpm/min等。在此条件下碱蓬发酵液中乙醇产量达到7.75g/L。在前期实验基础上,对碱蓬发酵进行了分批补料试验,结果表明通过补料有效提高了发酵液中的乙醇浓度。 对实验室保存的南极产低温纤维素酶诱变菌株进行了酶活力比较实验,选择了其中产酶能力较高的QP7-37菌株在不同原料发酵产乙醇中进行了初步应用实验。结果显示,当该菌株所产低温酶与常温酶复配联合应用时,各原料发酵液中乙醇产量均有明显的提高,特别是在碱蓬和浒苔中乙醇产量分别提高了65%和63%。实验表明,该低温酶复配作用效果明显,研究价值较大。