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开发生物质再生能源是解决当前能源和环境问题的一条有效途径。改进乙醇生产工艺,减少生产耗能,已成为燃料乙醇研究的热点。本文以降低燃料乙醇的生产能耗为目的,采用微波处理木薯代替传统蒸煮液化,研究微波预处理木薯的工艺条件及乙醇的发酵工艺条件。
首先对微波处理木薯进行了较为系统的研究,发现当加水量为原料质量的60%,木薯粉在800W微波辐射下处理60s,酶解效果和发酵效果最好。通过利用偏光显微镜、SEM和XRD对预处理木薯进行微观分析,发现在此处理条件下,木薯粉变成糊化态,木薯粉中的淀粉由晶态变为了非晶态。
然后进行了微波预处理木薯的糖化发酵乙醇的工艺研究,木薯经微波辐射处理后,在60℃下进行糖化,通过单因素试验和正交优化,得出优化后的糖化工艺条件为:料水比1:3,糖化酶用量160U·g,糖化时间60min,在此工艺下糖化可获得还原糖含量为9.12%的糖化醪液。对糖化后的料液进行发酵研究,通过单因素和正交试验,得出优化后的发酵工艺条件为:酵母添加量为0.4%,氮源添加量为0.2%,发酵初始pH为4.5。在此工艺条件下发酵72h,发酵醪液的乙醇体积分数为12.3%。
最后对微波处理后的木薯进行了同步糖化发酵研究,在单因素试验基础上对发酵料水比,糖化酶量,酵母接种量,氮源添加量进行正交优化,优化后的发酵工艺条件为:发酵料水比1:2.8,糖化酶用量180U·g,酵母接种量0.3%,氮源添加量为O.3%,在此工艺条件下发酵时间72h,醪液中的乙醇体积分数可以达到12.7%。将此工艺用于微波处理鲜木薯发酵乙醇,最高可以获得乙醇体积分数为13.0%的醪液。
通过与传统蒸煮液化工艺进行能耗对比,至少节省30.8%的能耗,大大降低了发酵工艺的耗能。将微波技术用于木薯的预处理进行乙醇发酵,可节省蒸煮设备和冷凝设备,而且工艺简单,具有一定的应用前景。