纤维素燃料乙醇同步糖化发酵工艺

利用木质纤维素生产燃料乙醇前言经济社会的发展以能源为重要动力，经济越发展，能源消耗越多。

到2059年，也就是世界上第一口油井开钻200周年之际，世界石油资源大概所剩无几。

而生物质能是由植物的光合作用固定于地球上的太阳能，最有可能成为21世纪主要的新能源之一。

据估计，植物每年贮存的能量约相当于世界主要燃料消耗的10倍；而作为能源的利用量还不到其总量的1%。

专家预测，生物质能源将成为未来持续能源重要部分，到2015年，全球总能耗将有40%来自生物质能源。

然而燃料乙醇的生产如均以糖类或粮食为原料，其产量受到粮食资源的限制，难以长期满足能源需求。

从长远考虑必须进行科技创新，扩大原料来源。

含木质纤维素的生物质废弃物是生产燃料乙醇的另一原料来源，它包括农作物秸秆、林业加工废料、甘蔗渣及城市垃圾中所含的废弃生物质等。

国内外专家对木质纤维素原料转化为乙醇燃料进行了大量的研究。

一．木质纤维素发酵生产乙醇的原理木质纤维素转化为乙醇的步骤主要分为两步：纤维素水解成糖，糖发酵成醇。

由于木质纤维素结构复杂，纤维素、半纤维素不但被木质素包裹，而且半纤维素部分共价和木质素结合，纤维素具有高度有序晶体结构．因此必须经过预处理，使得纤维素、半纤维素、木质素分离开，切断它们的氢键，破坏晶体结构，降低聚合度，以提高水解效率。

表2列出了几种木质纤维素中纤维素、半纤维素和木质素的含量。

表 2 几种典型木质纤维素原料的组成质量分数/％原料纤维素半纤维素木质素玉米秸秆36 28 29小麦秸秆36 28 22稻草37 19 10稻壳36 20 19高粱秸秆32 19 14云杉43 26 29松木44 26 29桦木40 39 21柳木51 29 16杨木51 29 16新闻纸62 16 21图1 植物细胞壁构成示意图所有植物来源的木质纤维素均含有丰富的纤维素、半纤维素和木质素，纤维素和半纤维素可作为乙醇发酵的原料。

图2 木质纤维素发酵生产乙醇的路线纤维素是一种有100--1000个β-D-吡喃型葡萄糖单体以β-1,4-糖苷键连接的直链多糖，多个分子平行紧密排列成丝状不溶性微小纤维。

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纤维素燃料乙醇的生产首先需要准备合适的原料。

纤维素同步糖化发酵生产乙醇孙武举;翁海波;李萍萍;晋果果【摘要】[目的]利用微生物方法生产乙醇,从而替代化石能源.[方法]土曲霉M11利用纤维素为原料产酶并糖化纤维素成还原糖,利用酿酒酵母发酵生成乙醇.[结果]通过对土曲霉M11生长条件的研究,确定了土曲霉M11的最佳培养时间是3d,最佳接种量为200μl,最适培养湿度为80%,最适培养温度为45℃,最适培养pH为3.0,此条件下可获得最大的产酶量.通过对糖化过程的研究,确定了纤维素酶的最适糖化温度为55℃,最适pH为5.0,此条件下可获得较高的还原糖量,且在酸性条件下酶活力较高,具有很好的热稳定性.通过发酵.还原糖量占原材料干重的62.42%,产生的乙醇占原材料干重的21.36%.[结论]此方法可以应用于工业发酵生产乙醇,有利于保护环境、降低成本、提高社会效益,有很好的应用价值.%[Objective] The ethanol was produced by means of microbiological processes for the replacing approach of energy source. [ Method] The reducing sugar was produced from the cellulose, which was saccharified by the enzyme that was from the cellulose as raw material was acted by Aspergillus teneus-Mll,,and the ethanol was produced based on the fermentation of yeast. [ Result] The experimental result indicated that the optimal culture condition of Aspergillus terreus-Mll growth was that the best time was 3 days,the best inoculation was 200 μl,the optimal culture humidity was 80% ,the optimum temperature was 45℃ and the optimal culture pH was 3.0,under which condition,the largest amount of enzyme-producing was available. And the experiment in the glycation process of cellulase showed the optimal temperature was 55 ℃ and the optimum pH was 5.0,under which conditionthe production of reducing sugar,which enzyme activity under acidic condition was higher and had good thermal stability,was relevantly high. By fermentation,the reduced sugar accounted for 62.42% of the dry weight of raw material and the produced ethanol accounted for 21.36% of dry weight of raw material. [Conclusion] This method could be used for the production of ethanol at the basis of industrial fermentation with die environmental protection,cost-reducing and high social benefit,which application value was very good.【期刊名称】《安徽农业科学》【年(卷),期】2011(039)018【总页数】5页(P11018-11021,11126)【关键词】同步糖化发酵;土曲霉M11;乙醇;废纸;酶活性【作者】孙武举;翁海波;李萍萍;晋果果【作者单位】郑州大学生物工程系,河南,郑州,450001;郑州大学生物工程系,河南,郑州,450001;郑州大学生物工程系,河南,郑州,450001;郑州大学生物工程系,河南,郑州,450001【正文语种】中文【中图分类】Q93木质纤维素是自然界中最丰富、最廉价的可再生资源，主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，这些物质是陆生植物细胞壁的主要组分［1］，约占植物组织平均干重的35% ～50%［2］。

纤维原料制备生物乙醇工艺
纤维原料制备生物乙醇是一种常见的生物燃料工艺。

以下是纤维原料制备生物乙醇的一般工艺步骤：
1. 原料预处理：选择适宜的纤维原料，如稻草、木材、秸秆等，进行切碎、破碎或研磨处理，以增大表面积，便于后续的酶解和发酵过程。

2. 酶解：将经过预处理的纤维原料与适量的水混合，加入纤维酶，进行酶解反应。

纤维酶可以将纤维原料中的纤维素分解为糖类物质，如葡萄糖。

3. 糖化：将酶解后的糖类物质与适量的酵母菌菌种混合，进行糖化反应。

酵母菌将糖类物质经过发酵作用转化为乙醇和二氧化碳。

4. 发酵：将经过糖化的混合物在恒定的温度和pH值下进行发
酵反应。

发酵时间根据纤维原料类型和工艺条件的不同而有所差异。

5. 蒸馏：将发酵产生的混合物进行蒸馏，以分离乙醇和其他杂质。

蒸馏过程可以使用多级蒸馏塔或其他分离技术进行。

6. 脱水：通过进一步的处理，去除乙醇中的水分，提高乙醇的纯度。

常使用分子筛吸附、蒸馏或其他脱水方法进行。

7. 乙醇精制：对脱水后的乙醇进行精制处理，去除余留的杂质，
得到高纯度的生物乙醇。

需要注意的是，纤维原料制备生物乙醇过程中存在一些挑战，如纤维原料的选择和处理、酶解和糖化过程的优化以及废物处理等问题，需要综合考虑各种因素来优化工艺流程。

1前言甜高粱[Sorghum bicolor (L.)Mocnch]，是粒用高粱的一个变种，被誉为“生物能源系统中最有力的竞争者”，具有很多优良的特性。

①是目前世界上生物量最高的作物之一，有“高能作物”之称，产量一般为2250～7500kg/hm 2籽粒和(6～7.5)×104kg/hm 2富含糖分的茎秆(茎汁含糖量17%～28%，主要糖分为蔗糖、葡萄糖、果糖)[1]。

②具有较强的抗逆性和广泛的适应性。

相比于其他禾谷类作物，甜高粱更为抗旱、耐涝、耐盐碱、耐高温。

在种植地域方面，甜高粱在热带、亚热带和温带均可种植，尤其是在干旱、半干旱、低洼易涝、盐碱地区，土壤贫瘠的山区和半山区均可种植。

从世界范围看，甜高粱大部分种植在热带半干旱地区、高海拔冷凉山区及盐碱、酸土地区。

我国南从海南岛，北至黑龙江大庆，都有种植，最适宜的生长地域是长江流域和黄河流域。

在生产燃料乙醇方面，甜高粱是竞争力最强的作物，美国、印度、巴西等国都开展了培育和种植甜高粱及其生产燃料乙醇方面的研究与开发，我国也开始了以甜高粱秸秆为原料生产燃料乙醇的技术研究和中试[2]。

原料的可靠供应与高质量保障是企业生死攸关和能否盈利的基本条件。

甜高粱茎汁制燃料乙醇的生产工艺中，茎秆的糖分含量与企业的乙醇产量和经济效益密切相关。

因此，以燃料乙醇为目标产品，从高产、高糖、抗病优良品种选育技术，栽培技术，储藏保鲜技术，加工工艺和综合利用等方面，研究甜高粱的原料工程和生产技术，具有一定的现实意义。

2甜高粱新品种的培育我国的基本国情是“人多地少”，因此，发展燃料乙醇的原则是“不与人争粮，不与粮争地”。

基于此，适合作为燃料乙醇原料的甜高粱品种需要具备以下特点：①适应性强，可在贫瘠、盐碱、干旱地带生长，其开发种植利于保护环境；②分布广泛，可因地制宜，进行广泛种植；③生长快速，通过规模化种植能确保产量。

2.1甜高粱育种的研究方向与难点目前我国高粱杂交种叶片直立性差，多为下披型；植株偏高，株形不理想，耐密性较差；大部分杂交种植株高度在180cm 以上。

纤维素乙醇生产工艺纤维素乙醇是一种可再生燃料，可通过生物质材料中的纤维素转化而成。

由于纤维素是植物细胞壁的主要成分，因此纤维素乙醇生产工艺主要涉及纤维素的预处理和生物转化两个步骤。

下面将介绍一种常用的纤维素乙醇生产工艺。

首先，纤维素的预处理是将木质纤维素从生物质材料中提取出来。

这可以通过磨碎、纤维化和蒸煮等方式实现。

首先，生物质材料如玉米秸秆或木材被粉碎成小颗粒以增加表面积。

然后，经过纤维化处理，将材料进一步细化为纤维素纤维。

最后，将纤维素纤维置于高温高压环境下进行蒸煮。

这一步骤中的蒸煮过程有助于分解纤维素颗粒和降低纤维素纤维的结晶度，使其更易于生物转化。

接下来是生物转化步骤，主要包括糖化和发酵两个过程。

首先，经过蒸煮的纤维素纤维被糖化成可发酵的糖分子，例如葡萄糖和木糖。

糖化是通过添加酶来实现的，酶可以将纤维素纤维中的糖链断裂为单糖。

这一过程需要在适当的温度和酸碱度下进行。

接下来，将糖溶液进行发酵，转化为乙醇。

发酵是通过添加酵母等微生物来实现的，它们能够利用糖分子进行代谢并产生乙醇和二氧化碳。

发酵过程需要在适当的温度和pH值下进行，并控制好氧气的供应以维持合适的微生物活性。

生物转化过程中还需要进行废物处理，如处理发酵剩余物和废水。

发酵剩余物可以通过压榨和干燥等方式得到固体废物，并可以用作饲料或肥料。

废水则需要经过处理，以达到环境排放标准。

最后，乙醇产物需要经过蒸馏和精炼等步骤进行纯化。

这些步骤包括蒸馏、脱水、分离等操作，可以将乙醇纯度提高到适用于工业和交通领域的要求。

总而言之，纤维素乙醇生产工艺主要包括纤维素预处理和生物转化两个步骤。

通过这些步骤，纤维素可以被转化为可再生的乙醇燃料，并且废物可以得到有效处理，从而实现了可持续发展的目标。

纤维素乙醇作为一种绿色能源，具有巨大的潜力在减少对化石燃料依赖和减少温室气体排放方面发挥重要作用。

木质纤维素是地球上最丰富的可再生资源，据测算年总产量高达1500亿吨，蕴储着巨大的生物质能（6.9×1015千卡）。

我国是一个农业大国，作物秸秆(如稻草、麦秆等)的年产量非常巨大(年产可达7亿吨左右，相当于5亿吨标煤)，据统计，目前的秸秆利用率33%，但经过一定技术处理后利用的仅占2.6%，其余大部分只是作为燃料等直接利用，开发前景非常广阔。

1、木质纤维素的降解技术木质纤维素降解可以采用酸水解和酶水解两条不同的技术路线来实现。

1.1酸水解技术在酸水解工艺中，可以使用盐酸或硫酸，按照使用酸的浓度不同可以进一步分为浓酸水解和稀酸水解。

法国早在1856 年即开始进行了浓硫酸水解法进行乙醇生产，浓酸水解过程为单相水解反应,纤维素在浓酸作用下首先溶解,然后在溶液中进行水解反应。

浓酸能够迅速溶解纤维素,但并不是发生了水解反应。

浓酸处理后成为纤维素糊精,变得易于水解(纤维素经浓酸溶液生成单糖,由于水分不足,浓酸吸收水分,单糖又生成为多糖,但这时的多糖不同于纤维素,它比纤维素易于解) ,但水解在浓酸中进行得很慢,一般是在浓酸处理之后再与酸分离,使用稀酸进行水解。

稀酸水解木质纤维素的技术可谓历史悠久，1898年德国人就尝试以林业生产的废弃物为原料生产乙醇，并建立了工业化规模的装置，每吨生物量可以生产 50 加仑的乙醇。

与浓酸水解的工艺路线相比，稀酸水解需要在比较高的温度下进行，才能使半纤维素和纤维素完全水解。

稀酸水解木质纤维素通常采用二级水解的工艺方案：第一级水解反应器的温度相对第二级来说略低一些，比较容易水解的半纤维素可以降解；第二级反应器主要降解难降解的纤维素，水解后剩余的残渣主要是木质素，水解液中和后送入发酵罐进行发酵。

1.2 酶水解技术同植物纤维酸法水解工艺相比,酶法水解具有反应条件温和、不生成有毒降解产物、糖得率高和设备投资低等优点。

而妨碍木质纤维素资源酶法生物转化技术实用化的主要障碍之一,是纤维素酶的生产效率低、成本较高。

木薯同步糖化发酵生产燃料乙醇的工艺优化-回复题目：木薯同步糖化发酵生产燃料乙醇的工艺优化引言：燃料乙醇是一种绿色、可再生的能源，被广泛应用于交通运输和工业领域。

木薯是一种潜力巨大的乙醇原料，其含有丰富的淀粉和纤维素，能够通过同步糖化发酵生产燃料乙醇。

本文基于这一背景，对木薯同步糖化发酵生产燃料乙醇的工艺进行优化，通过一步一步的回答，探究如何提高产量和降低成本。

一、木薯原料的预处理1. 为什么需要对木薯原料进行预处理？由于木薯含有较高的纤维素和淀粉，预处理可以将其纤维素和淀粉分离，提高发酵效率。

2. 如何进行木薯原料的预处理？首先，木薯需要经过清洗和切碎处理。

接着，利用蒸气爆破技术，将木薯颗粒暴露在高温高压的环境下，破坏木薯细胞壁结构，有利于后续的糖化。

二、同步糖化发酵工艺1. 什么是同步糖化发酵工艺？同步糖化发酵工艺是指将糖化和发酵两个工序同时进行，将淀粉转化为糖后立即发酵为乙醇的工艺。

2. 如何进行同步糖化发酵工艺？首先，将预处理后的木薯颗粒与酶混合，酶能将淀粉分解为糖。

然后，将混合物与发酵菌种接种到发酵罐中，经过适当的温度和pH控制，发酵菌能够将糖转化为乙醇。

三、工艺优化1. 如何提高糖化效率？可以采取以下措施提高糖化效率：- 选择高效的木薯酶，如优化发酵菌种的选用、发酵罐中维持适宜的温度和pH值等。

- 优化酶和木薯颗粒的接触时间，比如增加搅拌强度和时间，提高酶与淀粉的接触效果。

2. 如何提高发酵效率？可以采取以下措施提高发酵效率：- 选择高度耐受木薯糖浆的发酵菌种，如毛霉属等。

- 提高发酵罐中的温度和pH值。

- 优化发酵罐内的搅拌速度和氧含量，以提供充足的养分和氧气供给。

3. 如何降低生产成本？可以采取以下措施降低生产成本：- 选择高效的酶和发酵菌种，以提高产量。

- 优化工艺参数，如温度、pH值等，降低能耗。

- 开展废弃物的资源化利用，如将木薯纤维素用于发酵产生的生物质燃料的生产等。

结论：通过对木薯同步糖化发酵生产燃料乙醇工艺的优化，可以提高糖化和发酵效率，进而提高产量和降低成本。

秸秆纤维素同步糖化发酵生产乙醇研究进展摘要人类社会的发展和进步始终和能源的开发与利用密切相关，化石能源作为主流能源为人类社会经济的发展起到了巨大的推动作用，但其大量消耗致使其接近枯竭，同时也带来严重的环境污染。

发展新型可再生能源迫在眉睫。

生物能源尤其是生物乙醇是解决能源问题和减少温室气体排放的关键途径之一。

利用地球上最丰富的可再生资源木质纤维素生产生物乙醇具有广阔的发展前景[1]。

关键词秸秆；纤维素乙醇；同步糖化发酵；发展策略1、农作物秸秆我国是个农业大国，地域辽阔，土地总面积居世界第三位。

然而我国人口多，所以人居占地面积少且耕地后备资源不足，是我国土地资源的基本国情[2 ,3]。

表1-1 我国农作物总播种面积单位：千公顷1985 32070 29218 17694 - 8572 11800 5141 1524 1990 33064 30753 21401 - 9121 10900 5588 1679 1991 32590 30948 21574 9163 9078 11530 6538 1947 1992 32090 30496 21044 8983 9057 11489 6835 1906 1993 30355 30235 20694 12377 9220 11142 4985 1687 1994 30171 28981 21152 12763 9270 12081 5528 1755 1995 30744 28860 22776 11232 9519 13101 5422 1820 1996 31406 29611 24498 10543 9798 12556 4722 1846 1997 31765 30057 23775 10543 9785 12381 4491 1923 1998 31214 29774 25239 11164 10000 12919 4459 1984 1999 31284 28855 25904 11671 10355 13906 3726 1644 2000 29962 26653 23056 11190 10538 15400 4041 1514 2001 28812 24664 24282 12660 10217 14631 4810 1654表1-2 2010年我国主要农作物秸秆产量最近几年，我国一些相对发达地区，随着农村经济发展和农民收入增加，农村居民用能结构正在发生着明显变化煤、油、气和电等山品能源得到越来越普遍应用;长期以来作为只要能源的农作物秸秆已成为废物占用一定的农田常年堆积，获救地焚烧，尤其是在大中城市周围和国家重点公路沿线，焚烧秸秆成为愈演愈烈的普遍现象。