化学工程与装备年第期现代燃料乙醇生产技术研究林秋平福建省环境保护局福建福州木质纤维素水解产物的发酵技术木质纤维素水解产物的发酵技术多种多样培养基物理状态分为固体发酵法提高反应速率与反应质量连续发酵无菌发酵醒液始终处按条件要求高不易受到杂菌污染半固体发酵法和于流动状态促进了酵母与醒液的均匀接触在发酵反应的同时有利一液体发醉法按细胞的活动状态可分为游离细胞发按水解与发酵是否同步可分于排除连续发酵工艺有利于配置发酵分酵和固定化细胞发酵离荆合系统不断地将目标产为水解和发酵分步进行的两步法和水解和发酵同步物移出生物反应器有利于增强酵母的发酵效率法进行的一步法蒸煮工艺对原料处理方式而言可分为中温以木质纤同步水解发酵法低温蒸煮工艺及无蒸煮工艺混合菌发酵法纤维素的酶水解糖化和发酵过程在同一装置内维素为原料发酵乙醇的工艺主要有直接发酵法间连续进行用由于葡萄糖不断被发酵利用可以消除接发酵法法同步水解发酵法法底物葡萄糖浓度的增加对纤维素酶的反馈抑制作非等温同步水解发酵法固定化促使糖化产生的葡萄糖和纤维二糖有效地转化细胞发醉法等根据乙醇生产形态方式分为间歇为乙醇发酵过程简单设备简化节约总生产时式半连续式和连续式三种间提高生产效率℃左右法也存在一定的缺点一生℃现代燃料乙醇生产中的发酵技术推荐使用连续产过程温度难以控制度为较高温度为抑制作用由于纤维素酶水解的最适温液体发醉工艺同步水解发酵法法非等而酵母发酵一般温度为一温同时糖化发酵法和无蒸煮发酵技术等固定化细胞发酵技术℃存在水解和发酵过程中温度不协调的问题同时还存在木糖的产生对反应的法连续液体发酵工艺固体发酵法和半固体发酵法主要用于白酒的生非等温同时糖化发酵法一装置内连续进行产一般产量较小生产工艺落后劳动强度大法纤维素的酶水解糖化和发酵过程在同利用葡萄糖与木糖的菌株混合现代燃料乙醇生产采用液体连续发酵法具有生产成本低化生产周期短连续化便于实现设备自动发酵度通过热交换器的热量传递使纤维素酶水解提高生产过程控制水平提高设备利用效率减轻劳动强度减少阶段与酵母发酵阶段能够保持各自的最适反应温发酵污染等优点乙醉解决两个过程中温度不协调的矛盾同时能最连续发酵法生产燃料大限度地减少反应体系的能量损失法相对于同时乙醉的其生产设备始终处于发酵状态可以省去大可以节约纤维素酶一量的罐体洗刷和杀菌的辅助时间连续发酵过程的省去了间产量和产率均显著提高酵液进入发酵罐后立即处于主发酵状态固定化细胞发酵技术固定化细胞发酵技术利用物理歇发酵中的前发酵期以上因此可以提高设备利用率化学方法将阵使其既不溶于间歇发酵一天就要培养几次酵母采用或微生物细胞固定在固相载体上水液曲醉母新工艺醉母培养直接在液体酵母发酵罐又能保持酶和微生物的活性在固相状态既可中进行资可以节省繁琐的酵母培养操作与设备投作用于底物又具有与离子交换树脂相似的特点而且还具有一定的机械强度燃料乙醉生产利用固现代然料乙醇生产技术研究定化细胞发酵技术不仅可以降低生产成本可以提高产品质量而且还例葡萄糖就不会积累可避免淀粉水解的抑制因此该技术在近代微生物发酵无载体固定化细胞技术利用某些酵毋能无载工业上得到广泛的研究与应用自絮凝成履粒的特性达到细胞固定化的目的卡拉胶该技术常用固相载体有海藻酸钙孔玻璃等藻酸钙增加的酵多体固定化细胞技术可克服固定化细胞工艺存在的缺点宋向阳等川利用海藻酸锰凝胶代替海如固定化细胞的制备较繁琐载体材料的使用固定化树干毕赤酵母酵母使用寿命明显和不断消耗带来附加成本底物和产物存在扩散控海藻酸锰凝胶耐磷酸盐能力是海藻酸钙凝胶制等倍海藻酸锰固定化树干毕赤酵母细胞乙醉发固定化细胞稳定大连理工大学采用原生质体融合技术成功的选育出一株具有自絮凝特征的酵母工程菌株础上总糖利用率为在此基乙醇得率为理论得率的发酵稳定时间明开发了基于自絮凝颗粒酵母均匀悬浮原理的显长于海藻酸钙固定化酵母细胞乙醉发酵的稳定时悬浮床生物反应器利用酵母自絮凝形成顺粒的特间征在生物反应器中实现无载体细胞固定化①能使反应器内建立了固定化细胞发酵法的优点是细胞浓度提高单级生物反应器有效容积产业化示范工程装置四级串联年促使缩短发酵时间提高发酵效产万吨级规模自絮凝颖粒酵母乙醇连续发酵新技术率用变菌②活性保持时间长由于酶和微生物细胞被固天以上不并实现了稳定运行在平均℃的定在载体上使得它们在反应结束后还能够反复使③抗杂菌能力强发酵时间为条件下小时主发酵温度为一酶和微生物的活性一般能够保持操作稳定性也较好发酵终点乙醉浓度达到不用灭残还原糖为八残总糖④能够进行自动化管道化等连续化生产同时还副产一定的干酵母固定化细胞发酵的新动向固定化细胞发由于自絮凝颗粒酵母具有自沉降的特征酵母的分离可通过自沉降的方式实现设备投资少副产酵的新动向是混合固定细胞发酵定化细胞发酵的效果同作用该技术是利用两相比现有的种发酵菌种同时固定在固相载体上既能够保证固乙醉发酵工艺技术中利用大型离心机分离的方法又能够发挥各种微生物的共运行能耗低维护费用少目前该技比如①利用固定化啤酒酵母和固定化毕赤术已应用于丰原生化年产置万吨然料乙醉发酵装酵母串联发酵混合糖生产乙醉的工艺既实现了发对大型乙醇发酵装置建设节省酵母回收的设备酵过程的连续化操作又消除了葡萄糖效应对木糖投资和运行费用具有十分重要的意义也称生醒发酵发酵的影响期保证了木糖发酵与葡萄糖发酵在串联无蒸煮发酵技术无蒸煮发酵技术主要是针对以淀粉质为原料的乙醉生产而言流程中的同步性从而大大缩短了混合糖发酵的周保证了整体发酵速率②使用纤维二糖酶一葡萄糖昔酶和运动单抱菌形成的共固定化系统料见表比较常用的淀粉质原淀粉质原料不经蒸煮直接进行糖化和可以在糖化纤维二糖的同时把葡萄糖发醉成乙醉具有提高反应器内细胞浓度发醉的工艺称为无蒸煮发酵工艺与传统发酵工艺细胞可连续使用提此③无蒸煮发酵工艺可节省大量蒸煮成本具有高生产效率日本减少乙醉的反馈抑制作用等优点等人川把糖化菌节约能源点提高乙醉产率便于工业化生产等优法被推荐为植物秸秆生产徽料乙醉的重要方法一是燃料乙醉发酵的发展方向之一泡盛曲酶和运无燕煮发酵工艺分固态法和液态法两种工艺液态法是目前的主流到具有强大水解活性的动单抱菌共固定在海藻酸钙中乙醉发酵以淀粉为原料进行无蒸煮发酵技术的关键是找耐高糖浓度泡盛曲酶为好气性霉菌运动单抱菌为能够直接糖耐酸耐氧型厌氧菌发酵同时进行两者共固定化后淀粉经泡盛曲酶由于糖化和化的淀粉水解酶醇发酵剂选择耐高温耐乙转化成葡萄糖供运动发酵单抱菌利用抗杂菌能力强产乙醉能力强的高活性酵母只要调节曲霉和细菌到合适的比化学工程与装备表分类薯类粮谷类野生植物年第期生产乙醉的淀粉原料品种甘薯高粱马铃薯木薯山药等玉米大米谷子大麦小麦燕麦黍楼等橡子仁葛根米牺土获等蔗根石蒜金刚头香符子等农产品加工副产物米糠数皮高粱糠淀粉渣等玉米无蒸煮发酵工艺池振明等囚以玉糖达到最低分别为和淀粉产出米淀粉为原料八乙醉在未经蒸煮的生淀粉中添加一定比乙醇率达到最高例的能够糖化生淀粉的糖化酶并以含淀粉实验表明以谷物为原料的无蒸煮乙醉发酵技的浓醛于℃直接发酵可产原料浓度术的发酵效率等于或高于高温和低温蒸煮法还可以节省大最能源同时残余还原糖残余总糖以玉米为原料的高温蒸煮覃红梅等研究了糖化酶用量玉米粉低温蒸煮和无蒸煮发酵的乙醇对比实验得出发醉终点的况见表二者及其它酶对生玉米发酵乙醉的影响结果表明在乙醉含量以及发酵系数的对比情糖化酶用量玉米浆浓度试验结果表明采用无蒸煮的酒精发酵相当于淀粉浓度八乙醇℃下发酵效果最好酒精产量最高为可产残总糖和残还原表各种蒸煮方法比较戈〔项目发酵成熟醉的发醉成熟酪的乙醇含最高温蒸煮法低温燕煮法兄无燕煮发醉法发醉系数红薯也叫甘薯无蒸煮发酵工艺红一定的加工能力发展利用荒山、荒坡及盐碱地种薯是一种容易种植量产物原料适应性强高淀粉含量一高产植木薯生产燃料乙醇是一种发展方向为原料发酵生产乙醇曲的沉降上日本开发应高产能的农作物升乙醉红薯平均亩产吨可用根霉数曲在气体循环式反应罐中使用生木薯淀粉是目前生产乙醇产能比最高的农作可避免发酵液中生淀粉和熬适合在我国南方的大部分省市的沙质地发酵醒中乙醉浓度可达八以盐碱地和干早山坡地种植九州大学以薯千为原料以上的焦硫酸钾的无蒸煮酒精发酵使用根霉糖化酶代替黑曲糖化高粱无蒸煮发酵乙醇工艺成粉末无蒸煮乙醉发酵剂用高粱经粉碎一酶并在发酵醒中添加在淀粉浓度以防发酵染菌酒精收率可达日本用兼有时分别加入根霉糖化酶液纤维素酶加入商品酶制淀粉糖化酶生成能与乙醇发酵的阿明露霉菌进行红薯颗粒的无蒸煮乙醇发酵单独防腐,半纤维素酶木聚糖酶果胶酶等添加辅酶混合物发酵试验表明以上乙醇得率可以达理论产荆焦亚硫酸钾℃发酵最适一量的醇生产商醉催化“能得到泛的乙醉收率木薯淀粉无燕煮发酵工艺木薯用途广无蒸煮发酵“’技术美国第二大乙公司与’技术公司合作开发的将酶引入新的转化体系产业链长经济效益高我国木薯种植区域比能较大技术比较先进科研成果水平较高形成了够释放更多的淀粉成分增加蛋白质和副产物的品现代燃料乙醉生产技术研究质与产量在增加生产量的同时减少废物排放该展情况分析木质纤维素的预处理采用蒸汽爆碎法技术解决了传统煮沸工艺的成本高传统工艺中耗能大的工艺处理能耗大间题是比较成熟的工艺路线酵木质纤维素的水解和水解固定化细胞发法固体谷物原料与加热液体混合经过产物的发酵技术采用液体连续发酵将谷物破碎成淀粉再转化为非等温同时水解发酵法液体连续发酵浓醒生产工艺中温蒸固定糖类最后制成乙醇采用“’技术能够有效煮工艺等为主流生产技术路线展方向看从燃料乙醇产业发无蒸煮工艺是今后燃地降低乙醉生产能耗一步法直接发酵乙醉水溶液脱水新技术乙醇水溶液的脱水分离有多种生产工艺化细胞发酵渗透料乙醇工业化生产技术发展的重点经过多年的努力汽化吸附蒸馏特殊蒸馏加盐萃取蒸馏变压通过工业生物技术开发生物吸附和超临界萃取分离等三元共沸法和分子筛法替代能源的研究与实践已经取得可喜的成果用自然界生物资源的生物质工程中在利脱水技术是我国自主开发的两种成熟的乙醇脱水生国际公认的有产工艺乙醇具有乙醉脱水生产工艺的国际先进水平三元共沸法的脱水原理是三个重大工程技术问题糖降解为可发酵糖效一是木质纤维素分子由多三元共沸法元共沸物在二是通过基因工程高速高高水与环己烷三元混合物中会形成一系列的三其中乙醉一水一环己烷组成的三元共沸高收率地转化利用可发酵糖三是简捷效的下游过程产物分离技术我国在这三项生物利物的沸点最低醇一而且其组成中水的百分含量高于乙用技术方面已经具有独到的技术优势生物催化研水二元共沸物中水的含量根据这一原理进行究已经在理论和应用方面取得实质性的突破多项蒸馏时往乙醇水溶液中加入一定数量的环己烷酶系催化技术已经确立了世界领先的地位我国拥有丰富的微生物资源工业基础较好促使乙醉水溶液中的水分子被三元共沸物带走以达到脱水之目的发酵工业和化学建立了以发酵工程为核心的多层次反应器网络式研究架构分子筛法水乙醉中通过选择性吸附乙醉的分子筛法脱水原理是含基因细胞随着我分子筛床层时水分子被分子筛国国家的扶持与推动我国现代化规模化而乙醉分子则通过床层这样乙醉水产业化的燃料乙醇装备能力与生产能力已经形成溶液出分子筛床层时水份较进床层时低吸水后的包括生物原料的选择生产剐产物金博士在种植加工技术嫉料乙薛分子筛通过再生过程释放乙醉混合气过热至一定温度进入分子筛吸附残余物的深加工综合利用技术的研生物技术世纪究已经全面展开正如美国战略经济分析家里夫塔水分子流经分子筛填料层过程中被分子筛小孔生物技术世纪》里指出选择性吸附冷凝同时放热以得到浓度为一实现乙醉混合气脱水也可能是中国人的世纪发挥重要的作用希望中国在生物技术世纪从脱水装置排出的乙醉汽体再进行冷凝以上两种方法具有脱水效果好冷却后可的无水乙醉参考文献产品质量高消耗低设备设置合理占地面积小节省投资常秀莲木质纤维东发醉酒精的探讨〔一酸落科技加」过程控制自动化近年来降低劳动强度的效果国外乙醉生产技术最新动态间《抖一作者来派中国食品报发布时我国建成当今世界单套装置生产能力完成了年产一最大的嫉料乙醇生产装置万吨燃夏攀明等与发醉工业宋向阳固定化增殖醉母发醉半纤维家雄类的研究》食品料乙醉生产装置分子筛脱水技术的工程化攻关些技术被成功应用于黑龙江华润酒精公司这一山东九徐勇杨畜国等海藻酸锰固定化细胞的乙哪发醉九公司安徽丰原集团吉林天河等国内大型酒精甫京林业大学学报池握明,自然科学版一刘自生淀粉高浓度乙醉发醉的研究一生物工程学报生产企业结束语就目前国内外燃料乙醇的生产技术发军红梅韦仕岩张家伟醉例剂在五米生料发酵乙醉生产中一的应用研究徽栖科技
