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年产50000吨食用酒精工厂的初步设计_毕业设计.doc

年产50000吨食用酒精工厂的初步设计_毕业设计

林巧沁
2017-12-27 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《年产50000吨食用酒精工厂的初步设计_毕业设计doc》,可适用于战略管理领域

年产吨食用酒精工厂的初步设计毕业设计中国矿业大学届本科生毕业设计第页ta食用酒精工厂的初步设计中国矿业大学届本科生毕业设计第页摘要设计中依照厂址选择原则对工厂进行了合理的选址完成了工艺的选择及论证进行了物料衡算、热量衡算及水衡算完成了主要设备的设计与选型以及工厂投资的简要经济核算。对工厂厂房、工艺流程、车间设备进行了合理地布局。完成了工厂图纸的绘制共八张图纸包括全厂总平面布置图、工艺流程图、发酵和蒸馏车间设备布置图、种子罐设备图。根据全厂工艺设计和计算结果可以看出该设计能够达到工业生产的要求。关键词:食用酒精木薯连续发酵四塔蒸馏中国矿业大学届本科生毕业设计第页ABSTRACTIcompletedselectionofthesiteoffactoryinaccordancewiththeprincipleofchoicefactory,selectionandfeasibilitystudiesofprocess,materialbalance,energybalance,waterbalance,designandselectionofmajorequipmentsandbriefeconomicaccountingWorkshop,processandequipmentofworkshopgainedthereasonabledistributionTheeightfactorydrawingsdrawingwerecompleted,includingthefactorygenerallayoutmap,processmap,equipmentlayoutmapoffermentationanddistillationworkshop,seedtankequipmentmapTheresultsofthewholeprocessdesignandcomputationshowthatthedesigncanreachtherequirementsofindustrialproductionKeywords:EdiblealcoholCassavaContinuousfermentationFourtowersdistillation中国矿业大学届本科生毕业设计第页目录绪论食用酒精的简介食用酒精的用途食用酒精的发展与市场前景厂址选择本设计的目的、意义及主要内容全考虑留有增加产量、增添设备的余地在设计中应尽可能采用使原有建筑物变动量少不妨碍生产正常进行且施工的工作量少的方案。本厂主车间的布置设计本设计中主车间是发酵车间和蒸馏车间。在遵循车间布置设计原则并充分考虑到本厂特点的基础上对主要车间内的设备进行了合理布局。以达到符合生产工艺、操作维修方便、节省投资、整齐、安全、美观的目的。由于本厂产量大且为连续生产发酵罐较多。为节省厂房建造的投资采用露天发酵所有发酵罐安装在车间外。而发酵车间内主要安置蒸煮塔、糖化装置及酒母连续培养设备。此车间布置说明:()车间共三层层高为m。蒸煮设备较高为便于安装及检修安置在第一层且穿过第二层。()由于酒母培养对环境卫生要求较高需要有较好的空气流通、良好的采光及远离灰尘。因而酒母连续培养设备安置在车间的最高层(第三层)以达到远离厂区通道满足空气和采光要求。()此设计中采用连续糖化因而糖化时间短糖化设备小。在综合考虑整体布局下将其安置在第一层。()为便于人工操作提高工作效率改善劳动环境。将本车间内可集中安装的仪表全部集中安装在第二层的操作室内。本设计是要生产优质的食用酒精为满足生产的要求达到国家产品质量标注。此设计中蒸馏采用四塔蒸馏的方式(醪塔、排醛塔、精馏塔、甲醇塔)。此车间布置说明:()本车间为四层层高为m。为保证作业线顺畅流通同时降低能耗将甲醇塔安置在第二层楼板上。()将高位水箱安置在楼层的顶层以充分利用其位差。()为便于人工集中操作提高工作效率。将本车间内可集中安装的仪表全部集中安装在第二层的操作室内。()其它设备均按照生产需要安置即可。中国矿业大学届本科生毕业设计第页经济核算投资估算土建投资项目金额(万元)项目金额(万元)征地费成品仓库办公楼动力站粉碎车间给排水站发酵车间锅炉房蒸馏车间职工宿舍食堂浴室医务室机修房道路投入其他投入总投入(万元)设备投资设备金额(万元)设备金额(万元)发酵罐蒸馏塔种子罐糖化锅蒸煮柱换热器各类贮罐其他设备总投入全厂总投入土建投入(万元)设备投入(万元)绿化投入(万元)废物处理(万元)其他投资(万元)总投入(万元)中国矿业大学届本科生毕业设计第页成本估算生产成本估算项目每生产t酒精消耗量单价(元)总额(万元a)木薯t硫酸耗用量t煤耗用量t电耗用量度水耗用量t员工工资(人平均工资元)车间经费三废处理费企业管理费其他开支共计全年净收入目前食用酒精的市场售价约为元吨则全年产值为:×=万元假设设备折旧期限为年则每年则旧费为:=万元酒精企业税收为销售收入的成本回收期为:,(年)()()企业年净收益为:()×()=万元中国矿业大学届本科生毕业设计第页参考文献王镜岩朱圣庚徐长法生物化学北京:高等教育出版社中华人民共和国国家质量监督检验总局GB中华人民共和国国家标准北京:中国标准出版社孙东方宋宝江郭时杰我国酒精工业现状与发展对策酿酒科技():~朱百鸣陈奕付桂明燃料酒精的发展进程和研究方向食品科技:~匡钰朱德明我国木薯燃料酒精工业发展现状及建议热带农业工程():~陈立胜潘瑞坚木薯酒精产业的社会效益和经济效益分析广西轻工业():~张君刘德华世界燃料酒精工业发展现状与展望酿酒科技():~罗素娟莫炳荣黄科林生物酒精在食用白酒上的利用前景和纯净酒及其生产技术山东食品发酵科研与生产():~章克昌酒精与蒸馏酒工艺学北京:中国中国轻工业出版社王文泉叶剑秋等我国木薯酒精生产现状及其产业发展关键技术热带农业科学():~梁于朝李开绵木薯酒精发酵研究进展广西轻工业年月():~赵江赵华木薯酒精发酵条件优化酿酒科技():~薛万伟党选举李鑫木薯酒精发酵工艺的研究酿酒科技():~王常南孔祥玖金宏达大罐露天连续发酵在酒精生产中的应用酿酒科技:~曾昭政淀粉质原料酒精连续发酵的原理及实践食品与发酵工业吴思方发酵工厂工艺设计概论北京:中国轻工业出版社沈怡方白酒生产技术全书北京:中国轻工业出版社许开天酒精蒸馏技术北京:中国轻工业出版社,姚汝华酒精发酵工艺学华南理工大学出版社,陆振东化工工艺设计手册北京:化学工业出版社梁世中生物工厂设备北京:中国轻工业出版社夏清陈常贵化工原理天津:天津大学出版社林大钧简明化工制图化学工业出版社伍时华蒋常德易弋木薯酒精浓醪发酵中液化条件的优化食品科学:~李魁酵母菌与糖化酶共固定化木薯酒精连续发酵工艺研究中国粮油学报():~廖兴华夏延斌周传云燃料酒精的发展现状和研究趋势酿酒科技():~季洪财采用木薯原料生产酒精如何保证质量达标酿酒科技RuboLengChengtaoWangChengZhangcycleinventoryandenergyanalysisofcassavabasedFuelethanolinChinaJournalofCleanerProduction,Volume,Issue,February中国矿业大学届本科生毕业设计第页Guidoboni,GEContinuousfermentationsystemsforalcoholproductionSource:EnzymeandMicrobialTechnologyMayPayne,AJDevelopmentofacontinuousfermentationprocessforfuelalcoholproductionSource:InstitutionofChemicalEngineersSymposiumSeriesChristophBergFOLichtWorldFuelEthanolAnalysisandOutlookRMinistryofEcionomyTradeandIndustryAugust,中国矿业大学届本科生毕业设计第页附录:专题部分酿酒酵母利用稻草粉同步糖化发酵产乙醇工艺的初步优化绪论燃料乙醇简介乙醇英文名称Ethanol分子式为CHOH相对分子质量为俗称酒精它以玉米、小麦、薯类、糖蜜、植物纤维素等为原料经发醇、蒸馏而制成将乙醇进一步脱水再加上适量汽油后形成变性燃料乙醇。燃料乙醇是一种由粮食及各种植物纤维加工成的和普通汽油按一定比例混配形成替代能源。燃料乙醇是一种清洁的可再生能源。随着人们对全球性能源危机认识的不断深化及环境保护意识的日益增加从世纪年代开始利用生物质资源进行燃料乙醇的工业化生产拉开了人类寻找化石资源替代品的序幕。燃料乙醇有很多的优点。首先资源丰富生产乙醇的主要原料有含糖作物、含淀粉作物以及纤维类原料这些都是可再生资源且来源丰富因而使用乙醇燃料可减少车辆对石油资源的依赖有利于能源安全。第二燃料乙醇是一种良好的增氧剂它可以增加汽油的含氧量使其充分燃烧。第三使用方便。乙醇常温下为液体操作容易储运使用方便。第四有利于环境的改善。第五积炭减少。生产燃料乙醇的资源丰富主要有以下几种:第一淀粉质原料淀粉质原料是我国乙醇生产的最主要的原料主要有甘薯、木薯、玉米、马铃薯、大麦、大米、高粱等。第二糖质原料主要是甘蔗、甜菜、糖蜜。第三纤维素原料纤维素原料是地球上最有潜力的乙醇生产原料主要有农作物秸秆、森林采伐和木材加工剩余物、柴草、造纸厂和造糖厂含有纤维素的下脚料、生活垃圾的一部分等。第四其他原料如造纸厂的演硫酸盐纸浆废液、淀粉厂的甘薯淀粉渣和马铃薯淀粉渣、奶酪工业的副产品。纤维素乙醇发展前景随着石油、天然气、煤炭等不可再生资源的逐渐减少环境污染的日益加剧而人类对燃料的消耗量却日益增加。资源短缺、环境污染已成为影响经济发展、人类生存的重要因素。因而开发新能源、可再生能源已成为今后发展的方向。目前燃料乙醇是很好的一种可替代传统能源的新能源。传统的酒精是由粮食等作物发酵产生而现今粮食危机也日益加剧。各国在均限制粮食用于酒精工业因而寻找非粮食原料用于酒精发酵成为以后发展方向。最近各国的研究集中在以木质纤维素为原料上。木质纤维素是地球上最丰富的可再生资源据估计木质纤维素原料占世界生物质量(亿,亿t)的由木中国矿业大学届本科生毕业设计第页质纤维素生物转化成的燃料乙醇越来越引起世界各国的广泛关注。纤维素含量极其丰富其大都为可再生资源因而具有很大发展前进。此处研究稻草原料乙醇发酵条件的优化。纤维素原料的发酵工艺纤维素发酵生成乙醇的方法有直接发酵法、间接发酵法、混合菌种发酵法、SSF法、NSSF法、固定化细胞发酵法等。直接发酵法该法以合适的酒精发酵菌株直接利用纤维素发酵得到酒精具有工艺简单、操作简便的优点其难点在于得到高效的酒精发酵菌株。为解决该法乙醇产量低、容易产生有机酸等副产物的问题可以采用混合菌直接发酵技术方案。例如热纤梭菌能分解纤维素但乙醇产率较低(约)热硫化氢梭菌不能利用纤维素但乙醇产率却相当高二者混合发酵的乙醇产率可达并且可将乙醇与乙酸的比值提高倍以上。间接发酵法间接发酵法又称两段发酵法是目前研究较多的发酵工艺。该法分为两个阶段:第一阶段以纤维素酶将纤维素降解为葡萄糖第二阶段由酵母菌等将所得糖液发酵生成酒精。该法中乙醇产物的形成受末端产物、低浓度细胞以及基质的抑制。为了克服乙醇产物的抑制必须不断的从发酵罐中移出乙醇还可以采取改进工艺的方法减少抑制产物。混合菌种发酵法混合菌种发酵法可以利用纤维水解液中葡萄糖、木糖、阿拉伯糖等单糖和寡糖的混合物。针对多碳源发酵乙醇的菌株不多工艺及设备满足代谢上有一定困难碳源利用率低乙醇产率低等问题可采用气升柱发酵木糖和溢流柱发酵葡萄糖的串联发酵工艺。串联发酵首先由Pstipitis酵母进行限氧发酵再经Scereisiae的厌氧发酵过程而结束。同步糖化发酵法(SSF法)同步糖化发酵法开创于世纪年该工艺将纤维素酶解和乙醇发酵在同一个反应器中进行由于纤维素酶解产生的葡萄糖立即为酵母所利用所以纤维二糖和葡萄糖的浓度很低解除了纤维二糖和葡萄糖对纤维素酶的抑制作用提高了酶解效率简化了反应设备降低污染的可能性节约了总生产时间提高了生产效率。但纤维素酶的最适温度约C而酵母发酵控制温度在,C最终产物乙醇对纤维素酶和微生物的活性、中间产物木糖对水解过程都有抑制作用。这些问题的解决方案包括:选用耐热酵母菌或耐热酵母菌与普通酵母菌混合发酵以解决最适温度差异问题通过基因工程手段在酒精发酵菌中引入利用木糖的基因减中国矿业大学届本科生毕业设计第页弱木糖的抑制作用采用非等温同步糖化发酵法(NSSF)使两个阶段保持各自的最适温度同时减少反应体系的能量损失、节约纤维素酶、提高乙醇产率非等温同步糖化发酵(NSSF法)纤维素酶糖化的最适温度为左右,而酵母发酵的控制温度是~。利用NSSF法生产乙醇的工艺流程很好地解决了纤维素酶糖化与酵母发酵两个过程中温度不协调的矛盾。通过热交换器的热量传递使纤维素酶糖化阶段与酵母发酵阶段能够保持各自的最适反应温度同时能最大限度地减少反应体系的能量损失。采用NSSF法乙醇发酵生产工艺可以节约纤维素酶~同时乙醇的产量和产率均显著提高。固定化细胞发酵法固定化酵母细胞发酵法能使反应器内细胞密度增加,细胞可连续使用,最终提高发酵液的乙醇浓度。常用的载体有明胶、海藻酸钠、卡拉胶、多孔玻璃等。固定化细胞发酵的新动向是混合固定细胞发酵,如酵母与纤维二糖酶一起固定化,将纤维二糖转化成乙醇,此法引人注目,有希望成为纤维素生产乙醇的重要手段。发酵条件的优化发酵条件的优化对提高纤维素的利用率、纤维素酶的效能非常重要。发酵条件的优化主要包括培养基成分的优化、接种量、培养时间、环境pH值范围、通气量以及对全部设备的特殊要求等。木质纤维生物转化乙醇技术的发展是一个渐进的过程。最初是从化学转化演变而来即用酶解替代酸解再进行发酵即所谓的分步糖化发酵(saccharificationandfermentation简称SF)法。SF法存在纤维素酶受葡萄糖(glucose)和纤维二糖(cellobiose)终产物抑制酶解效果差、酶制剂用量大的弊端。因此同步糖化发酵(simultaneoussaccharificationandfermentation,简称SSF)法便应运而生。SSF法使水解(hydrolysis)与发酵(fermentation)两步合一消除了SF法的弊端提高了糖化效率。磁场可以加速微生物的生长RajaRao等研究了静磁场对Saccharomycescerevisae发酵(SSF)木质纤维原料转化乙醇的影响将发酵反应器放置于静磁场中h发现葡萄糖消耗速率增加最终乙醇浓度提高了倍。Nichols等报道了一种带有转磷酸酶(PtsG)突变Ecoli菌株的异种能同时发酵己糖和戊糖乙醇得率可达理论值的~。本课题研究内容本课题从发酵温度、起始pH值、酶加量、酵母接种量和发酵时间五个方面研究了其对SSF过程产乙醇的影响趋势。实验设计中先是单因素法研究发酵温度、起始pH值、酶加量、酵母接种量四个条件对发酵过程的影响找出每个条件中国矿业大学届本科生毕业设计第页的最适值然后取最适值附近的值进行四因素三水平的正交优化最终确定最优条件发酵温度为、起始pH值为、接种量为酶加量为ml(Uml的纤维素酶液)。在此条件下又研究了发酵时间对稻草粉SSF过程产乙醇的影响得出结论发酵时间过短或过长都不利于提高乙醇的产量在工业生产中也应该掌握适宜的发酵天数。木质纤维素发酵制燃料乙醇符合―不与人争粮、不与粮争地‖原则用以生产燃料乙醇具有诱人的开发前景。实验方案稻草纤维在同步糖化发酵(SSF)产乙醇的过程是一个非常复杂的机制受到很多条件的制约和影响。主要就发酵温度、pH值、酶加量和酵母接种量四个方面进行了研究。先是单因素法研究各个条件对发酵过程的影响找出每个条件的最适值然后取最适值附近的值进行四因素三水平的正交优化最终确定最优条件。实验材料实验原料本实验所用稻草取自中国矿业大学文昌校区附近农家烘干粉碎筛分后待用。实验菌种及活化方法菌种:酒用高活性干酵母(珠海紫英生物科技有限公司)活化方法:用糖水在条件下活化小时后使用。培养基()酵母菌种活化培养基:称取g的蔗糖溶于一定量纯净水中最后定容至ml即为的蔗糖溶液用于酵母的活化。()酵母同步糖化发酵培养基:YPD液体培养基(将葡萄糖g酵母浸膏lg蛋白胨g溶于ml的纯净水中定容至ml)和g甘油处理的稻草粉一起Mpa灭菌min。主要药品氢氧化钠硫酸酵母浸膏蛋白胨纤维素酶绿色木霉无水乙醇柠檬酸三钠葡萄糖蔗糖重铬酸钾甘油甲醇柠檬酸。实验试剂纤维素酶液:称取g纤维素酶溶于pH的柠檬酸柠檬酸钠缓冲液中并用此缓冲液定容至mL冰箱中暂存。此酶液比活为umL。酶液应现配现用。柠檬酸柠檬酸钠缓冲液:分别配制molL的柠檬酸和柠檬酸钠溶液在pH中国矿业大学届本科生毕业设计第页计测量下混合两种溶液使缓冲pH值为。NaOH溶液:快速称取gNaOH固体溶于水中待冷却后定容至mL。HSO溶液:准确量取mL的浓硫酸溶于水中待冷却定容至mL。酒精标准溶液:用移液管精确量取mL无水乙醇加入到容量瓶中定容至mL密闭低温暂存。该标准溶液应现配现用。KCrO溶液:准确称取gKCrO溶于ml水中加入ml浓硫酸放置等其冷却后定容至ml。主要设备HJ型架盘天平BSS电子天平WGP隔水式电热恒温培养箱QL漩涡混合器VSU净化工作台HH数显恒温水浴锅SHB循环水式多用真空泵HYG回转恒温调速摇瓶柜LSBL立式压力蒸汽灭菌锅S电热恒温鼓风干燥器KKET电冰箱万用电炉TC套式恒温器UV紫外可见光分光光度计EC精密PH计格兰仕WG微波炉。发酵液中乙醇浓度的测定方法重铬酸钾法测乙醇浓度标准曲线实验原理:KrCrOCHOHHSOCHCOOHKSOCr(SO)HO乙醇在酸性条件下经一定浓度的重铬酸钾氧化生成醋酸。根据反应中生成的三价铬的颜色深浅进行比色测定求得样品中的酒精含量。标准曲线的绘制:取支试管编号分别按表顺序加入各种试剂。表管项目号,(vv)乙醇溶液(mL)蒸馏水(mL),重铬酸钾溶液(mL)加热保鲜膜封口沸水浴min然后冷却将加热过的上述各管溶液放在蜗旋振荡器上混匀在nm波长下以号管为空白管记录消光值A对于的消光值见表以消光值为横坐标乙nm醇浓度(vv)为纵坐标绘制标准曲线(见图)表乙醇浓度(,vv)Anm中国矿业大学届本科生毕业设计第页操作方法及乙醇蒸馏装置y=x量取mL发酵液加入适量R=NaOH溶液调节pH值至中性置于mL全玻璃蒸馏器中加入mL水再加入适量沸石恒温夹套加热蒸乙醇浓度(vv)馏收集馏出液用保鲜膜封口待用。用移液管准确量取ml馏出液到试管消光值Anm中按表顺序加入各试剂测nm处的吸光值。图葡萄糖标准曲线单因素优化步骤及结果讨论温度对SSF过程的影响操作步骤将g经预处理的稻草粉放入ml的三角瓶中加入ml的YPD培养基用柠檬酸调节pH值至置于高压灭菌锅中Mpa灭菌min。灭完菌后放冷向三角瓶中加入ml纤维素酶液接种量为这里所选的温度为和每个温度做三个平行样。然后将准备好的三角瓶置于摇床中培养转速为rpm培养周期为天。两天后取ml的发酵液根据中的操作方法测乙醇浓度。图乙醇的蒸馏装置结果与讨论根据中的操作方法测不同温度下得到的乙醇浓度如表所示。根据表的数据以温度()为横坐标以乙醇度(vv)为纵坐标做图。表温度()乙醇度(,vv)温度是影响乙醇产率的重要因素由图可以看出最佳发酵温度为低于或高于这个温度均不利于酵母利用稻草粉同步糖化发酵产乙醇。酵母最佳反应温度为~纤维素酶的最适反应温度为左右而本研究得出的结论是最佳反应温度这一温度恰好是酵母与纤维素酶的折中温度。起始pH值对SSF过程的影响操作步骤中国矿业大学届本科生毕业设计第页将g经预处理的稻草粉放入ml的三角瓶中加入ml的YPD培养基用柠檬酸依次调节pH值至、、、、、置于高压灭菌锅中Mpa灭菌min。灭完菌后放冷乙醇浓度(vv)向三角瓶中加入ml纤维素酶液接种量为每个pH值做三个平行样。温度()然后将准备好的三角瓶置于摇床中培养转速为rpm培养周期为天。图温度对SSF过程产乙醇的影响两天后取ml的发酵液根据中的操作方法测乙醇浓度。结果与讨论根据中的操作方法测不同pH值下得到的乙醇浓度如表所示。根据表的数据以pH值为横坐标以乙醇度(vv)为纵坐标做图。表pH值乙醇度(,vv)由图可知SSF过程中最适的起始pH值为偏酸偏碱都不利于乙醇生成这种pH值主要满足纤维素酶的要求因为酵母群体对pH值变化不太敏感而纤维素酶最适pH值为。总之pH值的变化对发酵过程乙醇浓度(vv)影响相对较小。pH值接种量对SSF过程的影响操作步骤图pH值对SSF过程产乙醇的影响将g经预处理的稻草粉放入ml的三角瓶中加入ml的YPD培养基用柠檬酸调节pH值至置于高压灭菌锅中Mpa灭菌min。灭完菌后放冷向三角瓶中加入ml纤维素酶液接种量分别为、、、、、每个接种量做三个平行样。然后将准备好的三角瓶置于摇床中培养转速为rpm培养周期为天。两天后取ml的发酵液根据中的操作方法测乙醇浓度。结果及讨论根据中的操作方法测不同接种量下得到的乙醇浓度如表所示。根据表的数据以接种量()为横坐标以乙醇度(vv)为纵坐标做图中国矿业大学届本科生毕业设计第页。表接种量()乙醇度(,vv)种子接种量的大小对发酵产乙醇浓度高低的影响比较大。接种量太小菌数增长缓慢培养时间长使发酵周期延长同时会降低酵母菌种活力不利于高产酒精这表现在图的前面一段。接种量过大会因菌数剧增过快和随接种而移入过多的代谢废物导致菌种容易衰老不利于高产酒精表现在乙醇浓度(vv)后面一段。所以接种量适宜既能保证合理缩短发酵周期又能得到较高的接种量()发酵产酒精水平。由图可以看出接种量为是最适值。图接种量对SSF过程产乙醇的影响纤维素酶加量对SSF过程的影响操作步骤将g经预处理的稻草粉放入ml的三角瓶中加入ml的YPD培养基用柠檬酸调节pH值至置于高压灭菌锅中Mpa灭菌min。灭完菌后放冷向三角瓶中分别加入ml、ml、ml、ml、ml和ml纤维素酶液接种量为每个酶加量做三个平行样。然后将准备好的三角瓶置于摇床中培养转速为rpm培养周期为天。两天后取ml的发酵液根据中的操作方法测乙醇浓度。结果与讨论根据中的操作方法测不同酶加量下得到的乙醇浓度如表所示。根据表的数据以接种量()为横坐标以乙醇度(vv)为纵坐标做图。表酶加量(ml)乙醇度(,vv)在一定的酶与底物范围内随着酶加量的增大发酵基质中的还原糖浓度液会加大在一定的酵母密度下随着发酵基质中糖浓的增大酵母菌利用葡萄糖发酵产乙醇的量也会随之增高底物转化率也随着提高反映在图曲线的前三中国矿业大学届本科生毕业设计第页个数据点。但当酶用量使转化率达到最酶加量对SSF过程中乙醇产率的影响佳值时若再增加酶量对转化率用处不大有时反而会降低。这可能是因为酶量太大时产糖速度超过酵母对糖的发酵速度而造成糖的积累从而反馈抑制了酶反应也可能糖因来不及发酵而乙醇浓度(vv)进入酵母体内成了它的贮藏性物质所以酶用量不能太大。从经济学角度来酶加量(ml)讲酶的生产成本相当高所以当满足生产要求时酶用量越少越好。本研究图酶加量对SSF过程产乙醇的影响认为ml的纤维素酶(Uml)为最佳用量。SSF实验正交优化因素、位级的选定和因素位级表本研究考察反应温度、发酵液起始pH值、酶加量和酵母接种量共个因素每个因素取个位级见表。表正交实验因素位级表因素反应温度起始pH值酵母接种量酶加量ml位级ABCD位级一位级二位级三表正交实验设计表实验ABCD号操作方法中国矿业大学届本科生毕业设计第页采用正交实验进行SSF法生产乙醇的优化通过考察反应温度、起始pH值、酶加量和酵母接种量个因素选择L()正交表来确定实验方案。按照正交实验的要求把SSF培养基mL放入mL三角瓶中用柠檬酸调节pH值,MPa高压蒸汽灭菌min冷却后把纤维素酶和酵母按正交实验要求的量(表)加入三角瓶里每组做三个平行样用四层纱布封口,放到摇床中调节反应温度,开始发酵,控制转速为rpm发酵时间为d。两天后取ml的发酵液根据中的操作方法测乙醇浓度。结果与讨论根据中的操作方法测不同因素组合条件下得到的乙醇浓度如表所示。表SSF过程正交实验结果乙醇浓度(vv)实验号ABCD平均值yTinT==yT,ziz,Ti注:T为组实验乙醇浓度平均值之和T为第i(i=)个因素在第一水平时实验得乙醇浓度平均值之和iT为第i(i=)个因素在第二水平时实验得乙醇浓度平均值之和iT为第i(i=)个因素在第三水平时实验得乙醇浓度平均值之和。i结果计算和分析:其中P、R、W、F为统计量Q为总偏差平方和Q为各因素偏差平方和Ti中国矿业大学届本科生毕业设计第页Q为误差平方和。Ea计算统计量nP=()==y,znz,bAR==()=TA,Aja,jAbBTR==()=B,Bjaj,BbCTR==()=C,Cjaj,CbDTR==()=D,Djaj,Dn=W=y,xx,b则Q=WP==TQ=RP==AAQ=RP==BBQ=RP==CCQ=RP==DD由于B因素所对应的偏差平方和明显偏小可令Q=Q=EBc列方差分析计算表如表由下表可以看出:F(),F,FF(),F,()A,DF()F,F()所以发酵温度和纤维素酶加量为显着性因素C起始pH值和酵母接种量为非显着性因素。各因素对同步糖化发酵过程影响力为:发酵温度,酶加量,接种量,起始pH值。培养条件的最佳组合为ABCD即发酵温度为、起始pH值为、接种量为酶加量为ml得到的乙醇浓度为(vv)。可以从各个因素剖析来说明。首先从温度来说酵母最佳反应温度为~纤维素酶的最适反应温度为左右而本研究得出的结论是最佳反应温度中国矿业大学届本科生毕业设计第页这一温度恰好是酵母与纤维素酶的折中温度。从酶加量来讲随着酶量增加底物转化率也随着提高但当酶用量使转化率达到最佳值时若再增加酶量转化率用处不大有时反而会降低。这可能是因为酶量太大时产糖速度超过酵母对糖的发酵速度而造成糖的积累从而反馈抑制了酶反应也可能糖因来不及发酵而进入酵母体内成了它的贮藏性物质所以酶用量不能太大。从经济学角度来讲酶的生产成本相当高所以当满足生产要求时酶用量越少越好。本研究认为ml的纤维素酶(Uml)为最佳用量再从酵母用量来讲本实验认为酵母的用量能满足转化率要求就行了它的用量与产量关系不大。最后看一下pH值本实验认为pH为最佳pH值偏酸偏碱都不利于乙醇生成这种pH值主要满足纤维素酶的要求因为酵母群体对pH值变化不太敏感。表方差分析表偏差自由方差方差来源F值F(,)F(,)显着性平方和度估计值因素A*因素C因素D*误差总和发酵时间对SSF过程的影响在发酵温度为、起始pH值为、接种量为酶加量为ml的条件下研究发酵时间对同步糖化发酵过程的影响。将g经预处理的稻草粉放入ml的三角瓶中加入ml的YPD培养基用柠檬酸调节pH值至置于高压灭菌锅中Mpa灭菌min。灭完菌后放冷向三角瓶中分别加入ml的纤维素酶液接种量为共准备瓶。然后将准备好的三角瓶置于摇床中培养转速为rpm每天取两瓶各取ml的发酵液根据中的操作方法测乙醇浓度。测得的数据见表根据表数据以天数(d)为横坐标乙醇浓度(vv)为纵坐标做图。表天数d乙醇浓度(,vv)由图可以看出在第天之前随着发酵时间的延长发酵液里乙醇浓度直线增加再延长发酵时间到第天乙醇浓度最大达到(vv)但其中国矿业大学届本科生毕业设计第页增加幅度明显减小以后再随着时间的延长,乙醇浓度反而逐渐下降。造成这一下降的原因很多:可能是随着时间的延长纤维素酶失活导致发酵液里葡萄糖含量降低进而引起酵母饥饿酵母没有糖作为乙醇浓度(μgml)食物时可以乙醇为食物从而使乙醇含量降低:可能是时间过长稻草粉变性了没有了原料或者天数(d)还可能是因为随着时间的延长乙醇生成量小于蒸发量致使乙醇浓度降低等等。综上所述我们可以看出在工业生产中也应该掌握适宜的发酵天数并不是时间越长越好。图发酵时间对SSF过程的影响问题与展望燃料乙醇是生物质液体能源物质的主要形式也是化石燃料最可能的替代品。以淀粉类和糖类作为发酵原材料采用微生物法发酵生产乙醇是一项成熟的技术但高昂的原料成本使发酵法生产乙醇的工业应用受到限制。为了降低发酵生产乙醇的成本,人们把目光投向木质纤维素材料。它成本低廉、来源广泛,但利用这些物质其关键技术在于三个方面:a预处理工艺的优化在现有的工艺中化学处理效果好但对环境污染较大生物法污染小但周期较长蒸汽爆破法现在研究较多但其需要高温高压环境都各有利弊。b水解糖化工艺的优化现有生产中主要用酶解法糖化研究的关键之处在于酶的成本较高直接影响了燃料乙醇的生产成本现在主要采用分子与基因工程学手段研究开发高产酶量的菌株。c发酵工艺的优化采用各种优化方法研究各因素对发酵过程的影响将发酵条件最优化使资源最大化的利用。另外选用特殊的共发酵菌种对六碳糖和五碳糖进行发酵生产乙醇充分利用五碳糖。木质纤维生物转化乙醇是个动态发展、不断完善的技术。技术进步的核心方向(或最终目的)是要降低生产成本提高生物乙醇的市场(价格)竞争力。基本策略是生物的(如工程菌和纤维素酶)和工艺的(如预处理综合利用和系统集成)优化并举特别是生物的改进尚有较大的空间,而纤维素酶活性的提高是关键。目前用纤维素生产燃料乙醇的技术都已经过关,在生物质利用的关键技术方面,如木质纤维素水解、微生物利用、生物反应器与产品提纯技术等已取得重大进展,但其中用于纤维素发酵的生物酶价格过高使燃料乙醇的成本在元t,导致纤维素酒精的价格无法与粮食酒精相竞争不适合工业化生产。因此,我国在纤维素发酵生产酒精工艺上还不够成熟,一直没有进入大规模中国矿业大学届本科生毕业设计第页工业化生产。今后要加强对以下技术的研究:以基因工程手段选育高产纤维素酶、木质素酶菌种,降低纤维素酶的生产成本进行固体发酵技术的研究,解决目前存在的污染率高和成本高的问题进一步研究纤维素原料的预处理,找到一种经济、节能、环保的工业化技术,酶水解及水解发酵生产。不过可以谨慎乐观地预期随着汽油价格的飙升和生产成本的下降木质纤维生物转化乙醇技术将越来越显现其生命力和市场竞争力。参考文献马欢刘伟伟张无敌刘士清燃料乙醇的研究进展及存在问题能源工程:~杜风光冯文生燃料乙醇发展现状和前景展望现代化工():~黄诗铿我国燃料乙醇原料应走多元化道路中国科技论坛():~郑晓理鲍庆我国燃料乙醇产业及其对石油消费的局部替代性研究化工技术经济():~刘娜石淑兰木质纤维素转化为燃料乙醇的研究进展现代化工():~高德忠王昌东李丽华燃料乙醇的性能及生产工艺辽宁石油化工大学学报():~朱跃钊卢定强万红贵木质纤维素预处理技术研究进展生物加工过程():~马霞王瑞明关凤梅发酵条件对木醋杆菌合成细菌纤维素影响的研究进展酿酒科技():~文新亚李燕松张志鹏酶解木质纤维素的预处理技术研究进展酿酒科技():~张德强黄镇亚张志毅木质纤维生物量一步法(SSF)转化乙醇的研究()木质纤维原料蒸汽爆破预处理的研究京林业大学学报():~张德强张志毅木质纤维生物量一步法(SSF)转化成乙醇的研究()毛白杨爆破原料一步法转化成乙醇的研究北京林业大学学报():常杰生物质液化技术的研究进展现代化工():~吴创之马隆龙生物质能现代化利用技术M北京:化学工业出版社():~孙东方燃料乙醇展望酿酒科技()中国矿业大学届本科生毕业设计第页附录:翻译部分英文原文中国矿业大学届本科生毕业设计第页中国矿业大学届本科生毕业设计第页中国矿业大学届本科生毕业设计第页中国矿业大学届本科生毕业设计第页中国矿业大学届本科生毕业设计第页中国矿业大学届本科生毕业设计第页中国矿业大学届本科生毕业设计第页中文译文熟高粱产乙醇的超临界流体膨化技术研究XZhanDWangSRBeanXMoXSSunDBoyle摘要:高粱是一种淀粉质丰富的谷类作物类似于玉米但高粱还未充分用于生产生物产品和生物能源。本研究旨在探讨采用超临界流体膨化(SCFX)技术对熟高粱产乙醇效率的影响对膨化高粱的形态、化学成分、热学性能进行了表述。分析表明经膨化后的高粱增加了可测量的淀粉含量、单糖含量和淀粉的糊化水平。使用酵母对SCFX熟高粱和非膨化高粱进行进一步地液化、糖化和发酵以制取酒精。当高粱浓度从,增加到,时膨化和非膨化高粱的乙醇产量均会增加但由SCFX熟高粱生产乙醇的产量明显高于非膨化高粱的产量(>,)。关键词:酒精发酵高粱超临界流体萃取发酵效率引言全球性的经济不能仅仅依赖于有限的石油储备未来继续过度依赖于石油将会带来诸多问题。从可再生资源中发展生物产品以代替石油已成为解决能源问题的一种方法。据政府报告显示生物产业的目标是到年在年基础上至少提供,的以有机碳为基础工业原料的化学品和,的液体燃料到年提供,的液体燃料(国家研究理事会年)。这些目标激发了研究以增加了使用量和对生物产品的生产。糖源如淀粉和纤维素都是潜在候选生产乙醇、生物柴油、以及有机化学品的原料。高粱是世界上半干旱地区的一种重要的商品作物。在美国高粱是中西部地区一种最重要的农作物是美国的第三大谷类作物。高粱是一种淀粉质丰富的粮食与玉米具有相似的淀粉含量。不过高粱还未充分用于生产生物产品和生物能源。阻碍高粱利用率提高的主要障碍是旧式的湿式铣削性能和潜在的高粱淀粉低消化率其约为玉米的–(Leeson和Summers)。有几个因数已被证实是导致低淀粉消化率的原因。首先一些高粱淀粉颗粒被埋入在一个亲蛋白矩阵内(hoseney等人年泰勒等人年)以致可能限制淀粉的糊化(chandrashekar和kirleis年)和酶的接近(waniska等人年)。第二高粱中高含量的膳食纤维可能降低淀粉消化率(BachKnudsen等人年)因为在淀粉消化和阻止淀粉形成之间有高度的负相关性。第三高粱中存在的酚类物质如单宁可能会抑制酶的活性(Leeson和Summers)。高水平的单宁、多酚类会导致淀粉和蛋白质的消化率下降达,(ratnavathi和sashidhar年)。预处理技术已经得以发展用于提高以纤维素为基础的生物质转化为可发酵中国矿业大学届本科生毕业设计第页糖的转化率。这些措施包括机械方法例如通过减少铣削和挤压工艺改变大小物理方法如蒸汽加工放射处理超声讲解法化学方法例如碱和酸水解生物学方法例如微生物和酶降解混合使用这些方法。挤压已被广泛使用于生产过程它不同于其他食品加工方法这些方法也同时在使用。挤压过程中原料受到加热、搅拌、剪切作用致使在通过挤出机时发生物理和化学变化。在发酵过程中使用挤压方法的主要优点包括:增加了可消化淀粉数降低了生物分子的分子量生成了自由糖类改变了生物分子的本来结构并降低了发酵液的粘度。(Linko等人年camire和camire年govidasamy等人年Zhan等人年)。因此挤压是一种能提高高粱淀粉转化率的有效方法。一种被康乃尔大学称为超临界流体膨化方法(SCFX)并由rizvi和mulvaney()rizvi等人()和sokhey等人(年)详细论证过的新型加工技术专利结合了膨化工艺及超临界流体技术。SCFX和常规挤出的主要区别在于超临界二氧化碳的注入取代了挤压过程中以水作为发泡剂进行膨胀。这项技术不仅克服了典型的挤压过程的很多局限性而且还利于提高低温挤出过程中超临界流体的特有溶解力。SCFX技术已经被利用于食品加工过程但它并没有被用来作为生物转化过程的预处理方法。挤压过程中超临界流体二氧化碳的注入打破了淀粉颗粒和蛋白质结构间的紧密联系致使高粱淀粉利用率的增加。此研究的目的是描述超临界流体挤压高粱的化学成分、形态和热学性质并研究由SCFX熟高粱生产的乙醇产品。二氧化碳是生产乙醇中的一种主要副产物可销售的二氧化碳,以上来源于不同的乙醇工厂二氧化碳被认为是一种浪费品(无名氏)。更好地利用二氧化碳可以帮助酒精厂减少这类物质的排放和赚取利润。材料和方法材料和挤压高粱样品粉碎成粒子尺寸应小于mm(旋风样品磨UDY公司FortCollins)用于控制酒精发酵。由Wenger公司提供的同一高粱样品的SCFX微丸(SabethaKS)。康乃尔大学食品科学系的挤出研究实验室对超临界流体挤压进行了研究超临界流体挤出机包括预处理和个加热区。预处理中搅拌缸速度、液体流速、水流速度分别为rpmkgh和kgh。挤压过程中表面温度变化一般为C进给速度和挤出机螺杆转速分别为kgh和rpm流速和二氧化碳注入速度分别为kgh和kgh。膨化颗粒被碾磨(旋风样品磨udy公司)成粉末其粒子尺寸应小于mm以此作为酒精发酵的底物。化学成分分析采用商用试剂盒(megazyme爱尔兰)测定淀粉含量。依据AACC方法的粗蛋白燃烧法(AACC)使用LECOLecoFP氮测定仪(StJoseph,MI)中国矿业大学届本科生毕业设计第页测定蛋白质。氮含量乘以即可表示出蛋白质的含量。年Mertz等人对胃蛋白酶消化性进行了全面的阐述。简略的说将mg粉高粱与mlmgm的胃蛋白酶加入MpH的磷酸盐缓冲液中并将此混合液放置于C的水浴摇床中保温h。水浴h后将溶液离心取出上清液并将沉淀用mlMpH的磷酸盐缓冲液洗涤两次。残留物在真空状态下经一夜晾干然后使用LECO设备通过氮燃烧测定蛋白质含量。粗纤维、酸性洗涤纤维、灰分的含量用AOAC标准方法测定(AIAC年)。经液化后自由糖以葡萄糖的形式采用线性和Eynon容积法(Plews)进行测定。差示扫描量热法测量非膨化熟高粱和SCFX熟高粱的热性能可用差示扫描量热法(DSC)进行研究在抽样测量前应用铟锌标准进行校准。所有的测量都必须在氮气保护气中进行。称取大约mg地面高粱加入DSC盘(φmm×mm)中同时加入约mg蒸馏水(三倍于干高粱量)并将DSC密封。样品在测量之前需在C下放置一夜测量的温度范围是从至C并以Cmin的速度进行加热。依据基线和温谱图计算出糊化的热焓和多糖–油脂复合物的分解度。结果显示的是两个重复实验的平均值。扫描电子显微镜法地面高粱用扫描电子显微镜(SEM)(HitachiSN,HitachiScienceSystem,Ltd,Japan)在加速电压为kV下进行检测。在观测之前应在喷出口表面涂上一层含有,金和,钯粒子的混合物。发酵和酒精含量的测量酿酒酵母(Scerevisae,ATCC)用于酒精发酵。酵母细胞在YPD培养基上能维持正常生长其配比为(每升):g酵母提取物g蛋白胨g葡萄糖和g琼脂。将酵母细胞培养液(,葡萄糖,蛋白胨,酵母膏,HPO和,MgSOHO(pH))置于摇床中在rpm、C下培养h。Termamyl(毫升淀粉酶克干淀粉)(NovozymesNorthAmericaInc,Franklinton,NC)用于淀粉的液化。葡萄糖苷酶溶液(Uml)用于淀粉糖化应达到Ug干淀粉。年Zhan等人对液化和糖化的具体方法进行阐述。在ml锥形瓶中装入ml发酵液其包含(每公升):g蛋白胨,gKHPO,gpH的(NH)SO和不同底物浓度的高粱。液化前加入蛋白胨和矿物质作为固形物在该培养基中接种入,酵母悬浮液(×个细胞毫升)并置于摇床上在rpm、C下培养h。乙醇由蒸馏发酵液获取其浓度可根据比重法测定(AOAC,)。所有实验重复次取其平均值作为结果。发酵效率的计算公式为:(实际酒精产量中国矿业大学届本科生毕业设计第页理论酒精产量)×。结果与讨论化学成分SCFX蒸煮高粱的可发酵淀粉含量相比非膨化高粱提高了(表)说明了挤压方法可增加可发酵淀粉的含量。此外SCFX蒸煮高粱中自由糖以还原糖表示测得其含量为,比非膨化高粱高出,说明淀粉分子降解发生在挤压过程中。挤压也使高粱的蛋白质消化率提升了,因为高分子蛋白被解离成了游离的小分子亚基同时变性也使酶的敏感部位得以暴露从而挤压提高了蛋白质的转化率(ummadi等人年)。年据Hamaker报道高蛋白转化率的高粱淀粉利用率也有很大的提高。蛋白质转化率的提高有利于发酵的进行。据报道挤压能增加不溶性纤维的溶解度(Camire,)。挤压最有可能使大分子溶解增加某种意义上类似于报道过的淀粉(Camire,)。研究结果表明SCFX蒸煮法明显降低了高粱中粗纤维和酸性洗涤纤维的含量(表)。在这项研究中粗纤维是先后用稀酸、稀碱萃取后的不溶性残留物。SCFX蒸煮高粱使粗纤维含量大量减少比非膨化蒸煮高粱减少了大约。据报道高粱中的该纤维不利于淀粉的利用(BachKnudsen等人,)。减少高粱中粗纤维的含量可以获得更高的淀粉转化率并有利于酒精的发酵。此外酸性洗涤纤维的减少表明挤压过程中一些纤维素被降解成了葡萄糖其有助于增加可消化淀粉的含量从而增加了对高粱中碳水化合物的利用(表)。表蒸煮高粱和非膨化蒸煮高粱的化学成分淀粉蛋白质粗纤维酸性洗涤自由糖蛋白质消化性处理方法()()()纤维()()(蛋白质)非膨化SCFX蒸煮成分改变量()成分改变量的计算公式为:((SCFX蒸煮的成分含量非膨化的成分含量)非膨化的成分含量)×高粱粒子的形态非膨化高粱颗粒的微观结构表明大部分的淀粉颗粒四周被连续蛋白矩阵所包围(图A)。另一方面SCFX蒸煮高粱颗粒具有多孔结构粒子表面有广阔的饼状和空洞(图B)这可能是由于挤压过程中水和二氧化碳膨胀以及蒸发作用而中国矿业大学届本科生毕业设计第页形成。挤压蒸煮将混合和剪切力像加热一样应用于高粱图高粱的微观结构:(A)非膨化高粱和(B)SCFX蒸煮高粱这可以破坏围绕在淀粉颗粒周围的蛋白质矩阵并摧毁结构紧凑的淀粉颗粒(图B)因此会增加发酵过程中的淀粉转化率。此外传统挤压使用水SCFX利用二氧化碳它具有较高的溶解强度并能在挤压过程中深入渗透到和分布于整个高粱颗粒中。伴随熔融高粱离开出口二氧化碳迅速生成并膨胀挤压使颗粒形成多孔结构。因此SCFX蒸煮可以有效地破坏高粱的自身结构增加其表面积从而挤出更多的可发酵淀粉以用于发酵。热分析非挤出蒸煮高粱的温谱图显示了两个吸热峰峰温分别为C和C(图表)。第一个转变是由于高粱淀粉的糊化峰值温度被指定为淀粉的糊化温度。第二个溶化转变被认为是淀粉脂质复合物的熔点(Paton)。淀粉糊化温度和热焓值分别在–C(Kelsall和Lyons,)和–Jg(Aboubacar和Hamaker,)范围之内。SCFX蒸煮高粱的峰温表明相对于非蒸煮高粱而言(见表)在很大程度上降低了淀粉糊化温度和热焓表明挤压时淀粉已接近完全糊化。淀粉的高糊化温度和高热焓值通常显示了较高的热稳定性和更紧凑的淀粉结构(Miyoshi,)。挤压蒸煮破坏了淀粉紧凑的晶体结构并减少了低热稳定性的残留结构。然而低热焓值表明SCFX蒸煮后一些有序的结构可能会保持下来。但应该看到由DSC测得仅仅数额淀粉仍处于结晶状态却不能衡量由于蛋白质干扰而引起的淀粉可用性差异。表SCFX蒸煮和非膨化高粱的热分析淀粉糊化直链淀粉脂质复合物熔化处理方法峰值温度(C)热焓(Jg)峰值温度(C)热焓(Jg)非膨化SCFX蒸煮中国矿业大学届本科生毕业设计第页图高粱差示扫描量热法温谱图:(A)非膨化高粱和(B)SCFX蒸煮高粱SCFX蒸煮高粱表明提高直链淀粉脂质复合物(表)的熔化温度和热焓可促使新的直链淀粉脂质复合物生成。据BhatnagarandHanna()报道当他们挤压玉米淀粉和硬脂酸时对螺旋状复合物的形成作了类似的观察。然而直链淀粉脂质复合物不会降低淀粉利用率因为它能被淀粉酶充分水解(seneviratne和biliaderis)。在高粱液化和糖化过程中a淀粉酶和戊基葡萄糖苷酶的使用可以完全水解复合物并释放葡萄糖以用于发酵。乙醇生产非挤压方法的乙醇产率为,(VV)而SCFX蒸煮高粱的乙醇产率为,(VV)(见表)。无论是非挤压膨化还是挤压蒸煮高粱乙醇产率均随底物浓度增加而增加。在各个底物浓度时SCFX蒸煮高粱的乙醇产率均高于非挤压膨化下的乙醇产率。底物浓度在范围内时SCFX蒸煮高粱的乙醇产率高出非挤压膨化的–,。当底物浓度为,和,时SCFX蒸煮高粱的乙醇产率的增加量达到了,以上。表SCFX蒸煮和非膨化蒸煮高粱的乙醇产率(,vv)高粱浓度处理方法非膨化babbbbSCFX蒸煮aaaaa乙醇产率的增加量()b中国矿业大学届本科生毕业设计第页a基于最小二乘方差异(LSD)程序在α=时五次重复实验表明在同一栏中(A和B)具有相同的意义并无明显的差异。b乙醇产率增加率的计算公式为:((SCFX蒸煮的乙醇量非膨化的乙醇量)(非膨化的乙醇量))×发酵效率通常是用来指示乙醇生产效率的。高发酵效率意味着高的淀粉转化率。最高的乙醇发酵效率介于,和,之间(ingledew)因为有些葡萄糖用于细胞群体的繁殖维持细胞新陈代谢以及用来产生了副产品。通过对乙醇产率趋势的观查可知SCFX蒸煮高粱的发酵效率高于非膨化高粱其发酵效率可高达,(见表)。一般发酵效率随底物浓度降低而下降但基质中过多的固形物会对其产生负面影响。与非膨化高粱相比发酵效率的增幅取决于高粱的浓度。发酵效率的最高涨幅为,此时的高粱浓度为,(见表)。挤压工艺是发酵前的一种有效的高粱预处理方法。化学变化(如热降解淀粉的水解膳食纤维和蛋白质解聚片段再重组)以及物理化学变化(如自身淀粉及蛋白质结构的破坏)在挤压过程中均可能会发生(camire)。蛋白质矩阵和含有二硫键的胚乳蛋白一起阻碍了高粱的淀粉有效利用(ChandrashekarandKirleis,ZhangandHamaker,)。挤压可以打破这些蛋白质的禁锢并扰乱蛋白矩阵使淀粉糊化并为酶水解提供更多的可发酵淀粉从而提高乙醇产量和发酵效率。此外挤压方法可以降低高粱中存在的酚类化合物的水平其中的酶抑制剂高达(Zhan等人,)。降低了酚含量的膨化高粱能更有效的进行液化和糖化从而为酒精发酵提供更多的葡萄糖。表SCFX蒸煮和非膨化蒸煮高粱的发酵效率不同高粱浓度时的发酵效率处理方法a非膨化babbbbSCFX蒸煮aaaaa效率增加量()ba基于最小二乘方差异(LSD)程序在α=时五次重复实验表明在同一栏中(A和B)具有相同的意义并无明显的差异。b效率增加率的计算公式为:((SCFX蒸煮的效率非膨化的效率)(非膨化的效率))×结论挤压蒸煮增加乙醇产量及高粱的发酵效率。提高高粱淀粉生物转化的措施包括释放蛋白质矩阵中的淀粉和提高淀粉的可用性使其转化为可发酵糖。SCFX蒸煮高中国矿业大学届本科生毕业设计第页粱比非膨化高粱显示出了更高的发酵效率是由于增加了可发酵淀粉量降低了可测量的纤维含量和SCFX蒸煮产生了微细多孔结构。乙醇产率和发酵效率均受到高粱浓度的影响。乙醇产量随底物浓度的增加而增加然而高发酵效率却需要较低的底物浓度。最后SCFX蒸煮是一种有效的预处理方法此处理方法可以提高高粱淀粉转化成乙醇的转化率。中国矿业大学届本科生毕业设计第页致谢本设计从开始选题到最后定稿整个设计过程都是在刘海臣老师的精心指导下完成的。设计过程中刘老师对每一个设计过程认真把关、严格要求对我遇到的困难给与了极大的帮助。使我从中学到了许多东西。在此我想真心地说声:谢谢您刘老师~同时我要感谢我们的班主任朱红威老师。感谢您在这四年中对我的教诲与帮助使我度过了一个充实而又快乐的大学四年。还要感谢冷云伟、张兴、苏显中、丁玉等各位专业老师四年来对我的谆谆教诲与指导由于您们的无私奉献使我学到了许多知识获得了许多专业能力为以后更好的工作奠定了基础。最后我要感谢我的同学、朋友、室友因为你们我的大学生活变得快乐而精彩。内部资料仅供参考内部资料仅供参考中国矿业大学届本科生毕业设计第页DDDDDDDDLEDLEDLEDLEDLEDLEDLEDLEDPVCCRRRRRRRRGNDKKKKKKKKVCCUAUBUCUDUAUBUCUDLMLMLMLMLMLMLMVCCLMJJGNDRRJKRRRRRRRRRKJKKKKKKKKGNDULMVCCDDVinVPDCCNCCGDDUuDSDSDSDSaaaaaaaabbbbGNDbbbbaaaaccccccccDSCOMddddfbfbfbfbddddggggeeeeeeeeQffffececececffffddddggggggggdpdpdpdpdpdpdpdpDSCOMGNDGNDGNDGNDQVCCDSCOMDSCOMDSCOMDSCOMDSCOMBTBLVRQVCCDBLYVCCDSCOMDCUQRRBLabcdefgRRRRRRRRKCOMCOMCOMUGNDLSBLRESVCCRXDPGNDTXDPCXPBLPUXPXTALCOMCOMCOMFBCEADGINTPQMKCINTPPTPTPTIEABCDLBLGNDPPKCGNDRKVCCGNDRGNDVCCLEDLE
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