生物燃料——生物乙醇.pptx

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1、生物質(zhì)生物轉(zhuǎn)化技術(shù)————燃料乙醇主講：由耀輝乙醇簡(jiǎn)介乙醇俗稱酒精，是一種傳統(tǒng)的基礎(chǔ)有機(jī)化工原料，廣泛應(yīng)用于有機(jī)化工、日用化工、食品飲料、醫(yī)藥衛(wèi)生等領(lǐng)域。隨著人類對(duì)能源需求的增加，乙醇作為汽車替代燃料越來越受到重視，全球生物燃料乙醇的發(fā)展已經(jīng)超過任何一種替代燃料。生物燃料乙醇主要由玉米、小麥、薯類等植物淀粉或糖蜜通過微生物發(fā)酵而來。近年來，用農(nóng)林廢棄物等植物纖維進(jìn)行乙醇生產(chǎn)的研究成為全球生物質(zhì)能研究的熱點(diǎn)。燃料乙醇作為內(nèi)燃機(jī)代用燃料具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。乙醇生產(chǎn)原理18世紀(jì)末，首次報(bào)道了乙醇的生產(chǎn)方法。但乙醇真正的工業(yè)化生產(chǎn)始于

2、19世紀(jì)末，至今已有百余年歷史。乙醇的工業(yè)化生產(chǎn)方法有兩種，即化學(xué)合成法和生物發(fā)酵法。化學(xué)合成是以乙烯加水合成乙醇，該方法產(chǎn)生的雜質(zhì)較多，且乙烯是石油的工業(yè)副產(chǎn)品，在石油日益短缺的情況下，該方法應(yīng)用受到限制。生物發(fā)酵法是以淀粉質(zhì)原料、糖蜜原料或纖維素等原料，通過微生物代謝產(chǎn)生乙醇，該方法生產(chǎn)出的乙醇雜質(zhì)含量較低，廣泛應(yīng)用于飲料、食品、香精、調(diào)味品、化妝品和醫(yī)藥等工業(yè)。生物發(fā)酵法生產(chǎn)乙醇的基本過程可總結(jié)為：我國乙醇年產(chǎn)量為300多萬噸，近年有逐漸增加的趨勢(shì)，僅次于巴西、美國，列世界第三位。其中，發(fā)酵法占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，80%左右的

3、乙醇用淀粉質(zhì)原料生產(chǎn)，約10%的乙醇用廢糖蜜生產(chǎn)，以亞硫酸鹽紙漿廢液等纖維原料生產(chǎn)的乙醇占2%左右，化學(xué)合成法生產(chǎn)的乙醇僅占3.5%左右。隨著生物技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)實(shí)需求，以纖維素為原料的大規(guī)模乙醇發(fā)酵生產(chǎn)已經(jīng)提上議事日程，目前國內(nèi)已達(dá)到中試生產(chǎn)階段。提取糖乙醇醪液原料微生物發(fā)酵轉(zhuǎn)化乙醇乙醇發(fā)酵微生物學(xué)乙醇發(fā)酵過程中最關(guān)鍵的因素是產(chǎn)乙醇的微生物，生產(chǎn)中能夠發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的微生物主要有酵母菌和細(xì)菌。目前工業(yè)上生產(chǎn)乙醇應(yīng)用的菌株主要是釀酒酵母，這是因?yàn)樗l(fā)酵條件要求粗放，發(fā)酵過程pH低，對(duì)無菌要求低，以及其乙醇產(chǎn)物濃度高（實(shí)驗(yàn)室可達(dá)

4、23%，v/v）。這些特點(diǎn)是細(xì)菌所不具備的。細(xì)菌由于其生長(zhǎng)條件溫和，pH高于5.0，易染菌，而且除運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌外，還存在安全方面的疑慮，其菌體能否作為飼料尚存疑問，細(xì)菌還易感染噬菌體，一旦感染了噬菌體將帶來重大經(jīng)濟(jì)損失。所以迄今為止，生產(chǎn)中大規(guī)模使用的仍是酵母。酵母的一般性質(zhì)酵母是典型的真核生物，一般具有以下五個(gè)特點(diǎn)：個(gè)體一般以單細(xì)胞狀態(tài)存在；多數(shù)為出芽繁殖，也有裂殖；能發(fā)酵糖類；細(xì)胞壁常含有甘露聚糖；喜在含糖量較高、酸度較大的水生環(huán)境中生長(zhǎng)。酵母的形狀和大小隨菌株的不同而異。酵母的菌落酵母一般都是單細(xì)胞微生物，且細(xì)胞都

5、是粗短的形狀，在細(xì)胞間充滿著毛細(xì)管水，故它們?cè)诠腆w培養(yǎng)基表面形成的菌落，一般具有濕潤(rùn)、較光滑、有一定的透明度、容易挑起、菌落質(zhì)地均勻以及正反面和邊緣、中央部位顏色都很均一等特點(diǎn)，且菌落較大、較厚、外觀較稠和較不透明。酵母菌落的顏色比較單調(diào)，多數(shù)都呈乳白色或礦燭色，少數(shù)為紅色，個(gè)別為黑色。另外，凡不產(chǎn)生假菌絲的酵母，其菌落更為隆起，邊緣十分圓整，而會(huì)產(chǎn)大量假菌絲的酵母，則菌落較平坦，表面和邊緣較粗糙，酵母的菌落一般會(huì)散發(fā)一股悅?cè)说木葡阄?。酵母的生長(zhǎng)條件（1）溫度。酵母生存和繁殖的溫度范圍很寬，但是，其正常的生活和繁殖溫度是2

6、9—30℃。在很高或很低的溫度下，酵母的生命活動(dòng)消弱或停止。酵母發(fā)育的最高溫度是38℃，最低為-5℃；在50℃時(shí)酵母死亡。（2）pH。酵母的生長(zhǎng)pH范圍較廣，為3—8，但最適生長(zhǎng)pH為3.8—5.0。當(dāng)pH降到4.0以下時(shí)，酵母仍能繼續(xù)繁殖，而此時(shí)乳酸菌已停止生長(zhǎng)，酵母的這種耐酸性能被用來壓制和消除污染基質(zhì)中細(xì)菌的生長(zhǎng)，即將該培養(yǎng)料加酸調(diào)至pH3.8—4.0，并保持一段時(shí)間，在此期間酵母生長(zhǎng)占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，細(xì)菌污染即可消除。（3）溶氧。釀酒酵母是兼性厭氧菌，在有氧無氧條件下均能生長(zhǎng)，但有氧情況下生長(zhǎng)的更好。在有氧時(shí)靠呼吸產(chǎn)能，

7、無氧時(shí)借發(fā)酵或無氧呼吸產(chǎn)能。所以乙醇酵母在菌種生長(zhǎng)起始通風(fēng)培養(yǎng)，使種子快速生長(zhǎng)，等長(zhǎng)至對(duì)數(shù)期快結(jié)束時(shí)停止通風(fēng)，進(jìn)行厭氧培養(yǎng)，從而使細(xì)胞進(jìn)行發(fā)酵產(chǎn)乙醇。酵母的營(yíng)養(yǎng)條件（1）碳源。釀酒酵母可利用的碳源包括各種有機(jī)化合物中的碳，如葡萄糖、甘露醇、半乳糖和D-型果糖，但不能直接發(fā)酵木糖等五碳糖，然而，如果木糖轉(zhuǎn)化為木酮糖以后，就可被釀酒酵母利用生成乙醇。在缺乏六碳糖時(shí)，也能利用甘油、甘露醇、乙醇或其他醇類，有些有機(jī)酸（乳酸、乙酸、蘋果酸、檸檬酸）也可作為后備碳源。酵母在發(fā)酵麥芽糖和蔗糖為乙醇前，這兩種雙糖要事先被酵母的相應(yīng)的酶水解

8、成單糖。當(dāng)培養(yǎng)條件從厭氧轉(zhuǎn)換到有氧時(shí)，酵母發(fā)酵葡萄糖的能力減弱，但發(fā)酵蔗糖的能力提高1.5倍。酵母只有在培養(yǎng)基中沒有葡萄糖和果糖時(shí)，才發(fā)酵麥芽糖。三羧酸循環(huán)的任何中間產(chǎn)物（丙酮酸、檸檬酸、琥珀酸、富馬酸、蘋果酸）都能被酵母利用并作為唯一碳源。（2）氮源。釀酒酵母能利用的氮有兩種形式：氨類和有機(jī)氮。酵母能