【文章內(nèi)容簡介】 72 h 以后 ,乙醇產(chǎn)率開始降低。分析造成這種現(xiàn)象的原因 :在發(fā)酵初期 ,酵母以發(fā)酵醪中的糖分為碳源 ,酵母不斷代謝糖分發(fā)酵成乙醇 。發(fā)酵一段時間后 ,發(fā)酵醪中 的糖分含量減少 ,酵母可能開始利用自身的代謝產(chǎn)物乙醇為碳源來維持自身的生長和繁殖。所以 ,在利用該 菌株生產(chǎn)乙醇過程中 ,應(yīng)該盡量控制好發(fā)酵時間 ,當發(fā)酵達到 72 h 時 ,就可終止發(fā)酵 [18 19] 。 2. 5 轉(zhuǎn)速對乙醇產(chǎn)率的影響 纖維素酶解需要與底物充分接觸 。一定的轉(zhuǎn)速能保證纖維素底物與纖維素酶充分接觸 。此外 ,由于菌株熱帶假絲酵母一般在“限氧”條件下發(fā)酵 ,這是由酵母本身的代謝方式所決定的。酵母對木糖的代謝分別依賴于 :木糖還原酶將木糖轉(zhuǎn)化為木糖醇 。木糖醇脫氫酶將木糖醇轉(zhuǎn)化為木酮糖 。木糖激酶將木酮糖轉(zhuǎn)化為 52磷酸木酮糖 ,后者再經(jīng) 32磷酸甘油醛進入糖酵解途徑 ,在木糖醇轉(zhuǎn)化成木糖酮的過程中 ,需要有氧的參與 。一定的轉(zhuǎn)速可提供該酵母發(fā)酵所需要的溶解氧 ,轉(zhuǎn)速過高 ,可能會使發(fā)酵生成的一部分乙醇揮發(fā)掉 ,而且轉(zhuǎn)速過高 ,發(fā)酵液中的溶解氧增加 ,還可能導致生成的乙醇氧化成醋酸等其他產(chǎn)物。從圖 4可以看出 ,該試驗的適宜轉(zhuǎn)速約為 120 r/ min[20 21] 。 2. 6 纖維素酶用量對乙醇產(chǎn)率的影響 預(yù)處理的玉米秸稈經(jīng)纖維素酶酶解成葡萄糖及纖維二糖 ,纖維素酶的用量直接決定著預(yù)處理玉米秸稈纖維素的最終水解情況及乙醇產(chǎn)率。據(jù)資料介紹 ,纖維素酶最適作用條件為溫度 50 ℃ ,pH = 4. 8 , 纖維素酶最適用量 25 IU/ g。從圖 5 可以看出 ,乙醇產(chǎn)率隨著纖維素酶量的增加而增加 ,當酶活力達到 45 IU/ g 時 ,乙醇產(chǎn)率最高。分析原因可能是 50 ℃時 ,溫度太高 ,不適于酵母的生長代謝所致。因此 ,該試驗中發(fā)酵溫度較低為 31 ℃。這個溫度對于纖維素酶解所需最適溫度要低 ,會使纖維素酶解速率降低 ,所以纖維素酶的用量要高一些 ,以提高纖維素酶解速率 ,最優(yōu)量為 45 IU/ g。盡管 45 IU/ g 是最優(yōu)的酶量 ,但是使用如此高活力的纖維素酶 ,在經(jīng)濟上是不合算的。當纖維素酶活力從 35 IU/ g 增加到 45 IU/ g 時 ,乙醇產(chǎn)率增加甚微。 因此 ,選用 35 IU/ g 纖維素酶濃度較為合適 [17] 。 2. 7 酵母菌接種量對乙醇產(chǎn)率的影響 酵母菌接種量對乙醇產(chǎn)率有一定的影響 ,接種量過低 ,菌體產(chǎn)生的生物量較少 ,發(fā)酵過程不充分 ,乙醇產(chǎn)率較低 。接種量過高 ,增加了細胞的維持能需要 ,乙醇產(chǎn)率也無法積累到較高水平。從圖 6 可以看出 ,接種量在 10 %時 ,乙醇產(chǎn)率最高 [17] 。 2. 8 酵母菌接種比例對乙醇產(chǎn)率的影響 采用混合菌種發(fā)酵生產(chǎn)乙醇 ,2 種菌的比例對乙醇產(chǎn)率有著一定的影響 ,熱帶假絲酵母既能發(fā)酵葡萄糖又能發(fā)酵木糖生產(chǎn)乙醇 ,但其發(fā)酵葡萄糖產(chǎn)乙醇 能力較差 ,發(fā)酵木糖產(chǎn)乙醇能力較強 ,而釀酒酵母一般不能發(fā)酵木糖 ,但它能快速有效地發(fā)酵葡萄糖生產(chǎn)乙醇。采用混合菌種發(fā)酵就很好地解決了預(yù)處理玉米秸稈酶解生產(chǎn)乙醇的技術(shù)問題 ,同時由于纖維素酶解玉米秸稈是一個復雜的酶解過程 ,而預(yù)處理玉米秸稈水解液中木糖的含量很高 ,所以采用混合菌種發(fā)酵時具有較強發(fā)酵木糖能力的熱帶假絲酵母比例要高一些。從圖 7 可以看出 ,熱帶假絲酵母與釀酒酵母的接種比為 2 :1 時 ,乙醇產(chǎn)率最高 [19 20] 。 __ 第三部分 :未來及展望 1． 1 發(fā)展概況 乙醇，俗稱酒精，它以玉米、小麥、薯類、糖蜜等為原料，經(jīng)發(fā)酵、蒸餾而制成，除大量應(yīng)用于化工、醫(yī)療、制酒業(yè)外，還能作為能源工業(yè)的基礎(chǔ)原料 —— 燃料 (燃燒低熱值為 269ookJ／ kg)。將乙醇進一步脫水再加上適量汽油后形成變性燃料乙醇。所謂車用乙醇汽油，就是把變性燃料乙醇和汽油以一定比例混配形成的一種汽車燃料，在國外被視為替代和節(jié)約汽油的最佳燃料，具有價廉、清潔、環(huán)保、安全、可再生等優(yōu)點。這項技術(shù)在國外已十分成熟。目前國外使用車用乙醇汽油的國家主要是美國和巴西，歐共體自 90年代初也開始生產(chǎn)使用車用乙醇汽油 20世紀 70年代．在石油危機的背景下．美國為減少對進口原油的依賴，聯(lián)邦政府制定了“乙醇發(fā)展計劃”，開始大力推廣車用乙醇汽油。作為重要能源戰(zhàn)略．美國還制定了相關(guān)的法律和扶持政策．對車用乙醇汽油的生產(chǎn)和使用給予財政補貼。美國主要以 收稿日期：2∞ 1— 05— 09玉米為原料生產(chǎn)燃料乙醇，所耗玉米占全美玉米產(chǎn)量的 7～ 8 。 l 990年，全美燃料乙醇銷售量為 26,5萬噸，到 2020年．，已達 559萬噸．年均增長率為 20 。美國于 l 992年開始鼓勵使用乙醇作為新配方汽油的添加劑，這大大促進了美國燃料乙醇的生產(chǎn)。 1996年．美國 國家地質(zhì)綜合考察部的一篇研究報告指出 作為汽油增氧劑的 MTBE，在喊少空氣污染的同時卻增加了水質(zhì)污染。為此． 1999年美國環(huán)保局與國會合作，針對汽油增氧劑 MTBE(甲基叔丁基醚 )對水資源的污染，研究制定了 20O2—— 2020年期間新的國家“清潔燃料替代計劃”，一些州已明 令禁止使用 MTBE。如：美國加州政府于 1999年 3月下令：在 2020年前徹底取消 MTBE的使用。2020年 3月 21日，美聯(lián)邦政府也發(fā)表了取消使用 MTBE的聲明。如果 2020年美國在全國范圍內(nèi)全面禁止使用 MTBE，將極大地刺激車用乙醇汽油的 需求增長 這是由于含 10 乙醇的汽油不要求改變汽車發(fā)動機，可減少空氣污染．并有和 MTBE相同的效果，所以各酒精生產(chǎn)公司對燃料乙醇的發(fā)展持樂觀態(tài)度。美國推廣使用車用乙醇汽油．不但在一定程度上緩解了石油供求矛盾，同時擴大了玉米消費市場．從而刺激了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，增加 r農(nóng)民收入：另外，還有效降低了汽車尾氣中有害氣體排放，改善了環(huán)境和空氣質(zhì)量，經(jīng)濟效益和社會效益顯著。 巴西政府于 l975年推行車用乙醇汽油計劃，并在稅收、補貼和優(yōu)惠貸款等方面對燃料乙醇產(chǎn)業(yè)發(fā)展配套實施了完整的支持政策。與美國不同的是．巴西是以甘蔗、糖蜜、砂 糖為主要原料生產(chǎn)燃料乙醇。 2020年該國燃料乙醇總產(chǎn)量達 793萬噸，約占該國 汽油消耗總量的 l／ 3。目前巴西是世界上最大的燃 2020革纂 2期 廣 曲 輕工業(yè) G． X． LightInd料乙醇生產(chǎn)和消費國，也是唯一不使用純汽油作為 汽車燃料的國家。這一計劃的實施為巴西平衡外貿(mào)逆差、促進汽車工業(yè)的發(fā)展、振興種植業(yè)、擴大社會 就業(yè)、縮小地區(qū)經(jīng)濟差別、改善城市環(huán)境質(zhì)量均作出了積極貢獻 巴西通過“乙醇替代計劃”已使溫室氣體的排放減少了 20 。 日本從 1983年開始實施燃料乙醇的開發(fā)計劃．重點開發(fā)用農(nóng)、林產(chǎn)廢物等未利用資源直 接發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的技術(shù)。 2993年，敢洲共同體建議提高歐洲的燃料乙醇產(chǎn)量，要求汽油摻含 5 的乙醇，并將用生物物質(zhì)生產(chǎn)的乙醇貨物稅降低到相當于礦物燃料貨物稅 10 的水平 歐共體積極發(fā)展車用乙醇汽油最直接的原因是解決農(nóng)產(chǎn)品過剩問題。目前，在稅收優(yōu)惠政策的支持下，車用乙醇汽油在歐共體的使用呈上升趨勢。 9O年代末，用可再生資譚 (生物源 )替代石油資源，用生物技術(shù)路線取代化學技術(shù)路線進行生物燃料及化學品生產(chǎn)已成為世界上各大化學公司發(fā)展戰(zhàn)略的熱點。美國參議員 Lugar和美國中央情報局前局長 Woo]sty于 1999年在《外交 事物》雜志上發(fā)表題為“新的石油”長篇文章，詳細論述了由生物法生產(chǎn)燃料乙醇作為生物能源的戰(zhàn)略意義及現(xiàn)實意義。美國國家研究委員會