品開發(fā)與獻旋品型技甜高粱汁液制備燃料乙醇的研究周美靜,王頡’,牟建樓(河北農(nóng)業(yè)大學食品科技學院,保定071000摘要:以可溶性固形物濃度為16%的甜高梁莖杄汁液為材料,通過單因素試驗確定適宜的氮源為硫酸銨;對發(fā)酵過程中pH值、接種量、溫度對酒精度的影響進行硏究;通過正交試驗,最終確定利用甜高梁糖汁生產(chǎn)酒精的發(fā)酵條件為:初始pH50、接種量10%、溫度30℃、發(fā)酵48h,可獲得10.0%(v/)的酒精。關(guān)鍵詞:甜高梁汁;酒精發(fā)酵;燃料乙醇中圖分類號:TS262.2文獻標識碼:B文章編號:1005-9989(200809-0108-04Study on producing fuel ethyl alcohol by sweet sorghum juiceZHOU Mei-jing, WANG Jie, MU Jian-lou(Food Science and Techniques College of Hebei Agriculture University, Baoding 071000)Abstract: In this article, sweet sorghum stem pole juice with the soluble solid shape density of 16%, wastaken as the material. Take(NH)2SO. as nitrogen source was determined through the single factor expenment. To study the effect of different pH value, the temperature, the time on the alcohol yields, the orthogonalexperiment was carried out. The suitable fermentation condition were as following: pH5.0, inoculation volume10%, the temperature at 30 C, time 48 h, may obtain 10.0%(v/v)alcohol.Key words: sweet sorghum juice; alcohol fermentation; fuel ethyl alcohol始于20世紀70年代的“能源危機”使人們開利用包括生物質(zhì)能在內(nèi)的可再生能源資源,開發(fā)和利始認識到,廉價的原油是會用完的。一直以來,石油用生物能源已成為一種戰(zhàn)略選擇。燃料乙醇正逐漸成作為一種重要的戰(zhàn)略能源物資,在世界經(jīng)濟活動中為化石燃料的替代品,它既能擺脫天然能源的限制扮演著不可或缺的重要角色。由于石油價格的飚升又能減少環(huán)境污染。目前世界上23的酒精被用作燃而形成的世界石油危機嚴重地影響世界經(jīng)濟發(fā)展。料叫。這對于建立持續(xù)發(fā)展的能源系統(tǒng),促進社會經(jīng)19%6年以來,石油價格走高態(tài)勢顯而易見。隨著經(jīng)濟的發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的改善具有重大意義濟的快速發(fā)展,能源問題正在成為困擾中國經(jīng)濟發(fā)往汽油中添加酒精作為燃料始于第一次世界大展的一大難題。當前國際油價高位運行,中國油氣戰(zhàn),到1921年德國的混合酒精生產(chǎn)量已達到21000供需矛盾突出。據(jù)國土資源部預計,按照目前我國t,但20世紀50年代初期由于大量便宜石油的出現(xiàn)能源需求的增長速度,石油開采年限為15年,遠遠而停止了生產(chǎn)。自從70年代中期發(fā)生石油危機以來,低于世界51年的平均水平。因此,用現(xiàn)代技術(shù)開發(fā)各國又開始關(guān)注生物酒精燃料,使其發(fā)展得到了大大中國煤化工收稿日期:200801-23通訊作者CNMHG基金項目:保定市科技局項目(07NXX)。作者簡介:周美靜(1982一),女,碩士研究生,研究方向為生物質(zhì)能源。M9208食品翻技品發(fā)與機的加強。美國于1992年開始鼓勵使用乙醇作新配方4個處理,每處理重復3次,各處理互為對照。汽油的充氧劑,從而極大地促進了美國燃料乙醇的生處理1:在300mL的三角瓶中加入16°Bmix的甜產(chǎn)。1999年12月,美國能源部再一次頒布了關(guān)于實高粱汁200mnL,硫酸銨1.0g,接入活化好的菌種20施“生物質(zhì)轉(zhuǎn)化酒精”項目的計劃。同時,世界各國mL,30℃培養(yǎng)48h后測酒精度特別是歐美等發(fā)達國家,紛紛開始制定生物質(zhì)資源逐處理2:在300mL的三角瓶中加入16Brix的甜步替代石油資源的科技與產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃24。我國高粱汁200m、尿素0447g,接入活化好的菌種202001先后批準建設4個以消納陳化糧為主要目的的mL,30℃培養(yǎng)48h后測酒精度燃料乙醇企業(yè),并示范推廣“燃料乙醇汽油”的應處理3:在300mL的三角瓶中加入16Brix的甜用,開創(chuàng)了我國較大規(guī)模應用可再生能源液體燃料高粱汁200mL、碳酸氫氨0.857g,接入活化好的菌的局面。考慮到我們國家的糧食安全,2006年國家種20mL,30℃培養(yǎng)48h后測酒精度。發(fā)展和改革委員會下發(fā)緊急通知,要求我國生物燃處理4:在300mL的三角瓶中加人16Bix的甜料乙醇項目的原料應堅持以非糧為主,重點支持木高粱汁200mL、磷酸二氫氨10g,接入活化好的菌薯、甜高粱以及纖維資源等非糧原料產(chǎn)業(yè)發(fā)展,燃種20mL,30℃培養(yǎng)48h后測酒精度料乙醇生產(chǎn)應建立多元結(jié)構(gòu)的原料資源體系。甜高125適宜硫酸銨濃度的確定將可溶性固形物為粱收獲時,每公頃除可收獲高粱籽粒6t外,還可16%的甜高粱汁200mL加入到300mL的三角瓶中收獲可溶性固形物含量17%-22%的秸稈75-300按10%的接種,設以下4個處理,分別加入硫酸銨t,并且耐鹽堿、抗倒伏S,適宜大面積推廣種植。0、0.3%、06%、0%,每處理重復3次,各處理互本研究以甜高粱秸稈汁液為原料,研究發(fā)酵條件對為對照,30℃培養(yǎng)48h后,測酒精度。酒精發(fā)酵的影響,旨在為利用甜高粱秸稈生產(chǎn)燃料1.2.6適宜發(fā)酵時間的確定將可溶性固形物為乙醇提供理論依據(jù)。16%的甜高粱汁200mL加入到300mL的三角瓶中按10%的接種,30℃培養(yǎng),12h后開始測二氧化碳1材料與方法失重和酒精度,每6h測一次,直到發(fā)酵48h,重1.1試驗材料復3次。菌種:丹寶利釀酒高活性干酵母,由東糖集團1.2.7適宜發(fā)酵溫度的確定將可溶性固形物為1東莞市丹寶利酵母廠出品;甜高梁來源:河北農(nóng)業(yè)大的甜高粱汁200mL加入到300mL的三角瓶中,按學標本園。10%的接種,設定18、25、30、35、38℃下5個處MgSO、CaCl2、KH2PO、NH)SO:分析純,天理,重復3次,互為對照,培養(yǎng)48h,測酒精度津市天大化工試驗廠;PRI01數(shù)字折光儀: JAPAN12.8適宜的發(fā)酵pH值的確定將可溶性固形物為ATAGO CO,LTD;電子天平:北京賽多利斯天平有16%的甜高粱汁200mL加入到300mL的三角瓶中限公司;生化培養(yǎng)箱:廣東省醫(yī)療器械廠;三輥式榨按10%的接種,調(diào)節(jié)發(fā)酵液起始pH分別為3.0、40、汁機:利寶達廚具機械廠;HZQ-F全溫震蕩培養(yǎng)箱:50、6.0、70、80,重復3次,互為對照,30℃培哈爾濱市東聯(lián)電子技術(shù)開發(fā)有限公司;超凈工作臺:養(yǎng)48h后,測酒精度。北京半導體設備一廠。129適宜的接種量的確定將可溶性固形物為16%1.2試驗方法的甜高粱汁200mL加入到300mL的三角瓶中,設12I甜高梁糖含量的測定直接滴定法。定4個處理接種量分別為5%、10%、15%、20%,重122酒精含量的測定準確量取100mL發(fā)酵液加復3次,互為對照,30℃培養(yǎng)48h后,測酒精度。入500mL圓底蒸餾燒瓶中,再加入50mL水后進行12.10正交實驗為了考察不同發(fā)酵條件對乙醇發(fā)蒸餾,用100mL量簡收集餾出液,定容至100mL,酵的影響,試驗選擇溫度、接種量、pH3因素,用L用酒精計(標準溫度20℃),測酒精度,同時測定(3正交表安排試驗,因素水平對照表見表1。用溫度,然后換算成20℃時的酒精度。10%菌種,以(NHSO4為氮源,在30℃、pH5,發(fā)酵1.23適宜菌種活化時間的確定將可溶性固形物48h后測定發(fā)酵液酒精度,每處理重復3次。為16%的甜高粱汁200mL加入到300mL的三角瓶表1正交因素水平對照表中,按10%的接種量、硫酸銨為0.6%,30℃培養(yǎng),因素每2h用血球計數(shù)板計數(shù)一次,確定菌數(shù),確定生中國煤化工pHC空列D長曲線。TYHCNMHG1.24適宜氮源的確定為了篩選適宜的氮源,以硫酸銨、尿素、碳酸氫氨和磷酸二氫氨為氮源,設以下15Na. 9. 2食品裂技健品開發(fā)與機1211試驗結(jié)果分析方法采用SRS10for養(yǎng)元素,一般氮源分為無機氮源和有機氮源兩類windows統(tǒng)計軟件,差異顯著水平為005。由于有機氮源成本較高,因而選擇無機氮源作為發(fā)酵培養(yǎng)基的氮源,其中尿素和硫酸銨是最常用2結(jié)果與分析的氮源。2.1菌種活化時間由圖2可知,通過比較尿素、硫酸銨、碳酸氫氨和磷酸二氫氨4種氮源對酒精發(fā)酵的影響,當?shù)礊榱蛩徜@時酒精度顯著高于其他的氮源(p<005。因此,確定適宜的氮源為硫酸銨。23不同硫酸銨濃度對發(fā)酵結(jié)果的影響1012141618氮源是構(gòu)成和一些代謝產(chǎn)物的必需營時間h養(yǎng)元素,相同氮源不同濃度對發(fā)酵結(jié)果也有不同的圖1菌種活化時間的確定由圖1可知,菌種生長速度逐漸加快,當培養(yǎng)06%時酒精度隨之增高,當硫酸銨濃度增大到09%時,酒精度略有下降。當濃度為0.6%時酒精度顯著殖能力強;培養(yǎng)14h之后酵母生長平穩(wěn);當培養(yǎng)18高于其他4水平(∞<05。因此確定硫酸銨的適宜添h后,酵母生長開始出現(xiàn)下降的情況,進入衰退期。加量為06%。因此確定適宜的培養(yǎng)時間為12-14h。2.2不同氮源對發(fā)酵結(jié)果的影響氮源是構(gòu)成菌體物質(zhì)和一些代謝產(chǎn)物的必需營06濃度%硫酸銨尿素碳酸氫氨磷酸二氫氨圖3不同(NH4)SO4濃度對甜高粱汁液酒精度的影響圖2不同氮源對酒精度的影響24不同發(fā)酵時間對發(fā)酵結(jié)果的影響表2不同發(fā)酵時間對發(fā)酵結(jié)果的影響時間h酒精度(vv%257.7.9二氧化碳失質(zhì)量/g0.34520.30180.2960.2040.780.1350.25006700350.0278由表2可知,從發(fā)酵開始到48h時,酒精度是酒精度顯著高于其他4水平(p<005)。因此,確定甜隨著發(fā)酵時間逐漸升高的;當?shù)竭_48h時,酒精度高粱汁液適宜的發(fā)酵溫度為30℃達到最高;在48h之后,酒精度的變化微小,并有所下降,一部分酒精經(jīng)代謝成了酸。48h時的酒精度顯著高于其他水平(p<0.05),二氧化碳失質(zhì)量在01gh以下時判定發(fā)酵基本結(jié)束,從而可以確定發(fā)酵時。因此,確定適宜的發(fā)酵時間為48h1825不同發(fā)酵溫度對發(fā)酵結(jié)果的影響溫度r℃微生物的生長和產(chǎn)物合成均需在其各自適合的圖4不同溫度對酒精度的影響溫度下進行,溫度也是保證酶活性的重要條件,因26不同初始pH對發(fā)酵結(jié)果的影響此,發(fā)酵過程中必須保證最適宜的溫度環(huán)境。由圖4長和產(chǎn)物合成的非常重要的狀態(tài)可知,利用甜高粱莖桿汁液生產(chǎn)酒精,發(fā)酵溫度從參數(shù)中國煤化工此,必須控制發(fā)8℃到30℃酒精度隨之升高;當溫度從30℃上升酵初CNMHG狀態(tài)。由圖6可到38℃,酒精度呈下降趨勢。發(fā)酵溫度在30℃時,知,初始pH值從30到50時,酒精度逐漸升高,9200食品型技良品開發(fā)與機當糖汁發(fā)酵初始pH值大于50時,酒精度顯著下對發(fā)酵液酒精度的影響差異極顯著p<0.0,為了提降。當pH為5.0時酒精度顯著高于其他水平高發(fā)酵液的酒精度,適宜的營養(yǎng)鹽組合為AB4C2因(p<0.05)。因此,確定甜高粱汁液適宜的發(fā)酵初始此,確定甜高粱秸稈汁液適宜的發(fā)酵條件為:發(fā)酵溫pH值為50度30℃,初始pH為5,接種量10%。3結(jié)論表4方差分析表變異來源平方和自由度均方溫度3.42171*事接種量9.16916*率誤差圖6不同p值對酒精度的影響本試驗以可溶性固形物濃度為16%的甜高粱2.7不同接種量對發(fā)酵結(jié)果的影響桿汁液為材料,通過比較硫酸銨、尿素、碳酸氫氨和磷酸二氫氨確定適宜的氮源為硫酸銨,并通過單因素試驗確定了硫酸銨的添加量為0.6%。就不同的pH值、接種量、溫度、時間條件下發(fā)酵甜高梁汁對酒精得率的影響進行了研究,并進行15正交試驗,最終確定利用甜高粱汁液生產(chǎn)酒精的發(fā)接種量%酵條件:初始pH50、接種量10%、溫度30℃、時圖7不同接種量對酒精度影響間48h,最終可獲得10.00%(v/)的酒精。由圖7可知,接種量由5%到10%,酒精度隨接從試驗中可以看出,利用搖瓶發(fā)酵具有一定的種量增大逐漸升高,當接種量從10%增加到20%,局限性,發(fā)酵體積有限,誤差大。因此,需要進一步酒精度變化不大并略有降低,接種量為10%時酒精擴大發(fā)酵試驗,為實現(xiàn)丁業(yè)化生產(chǎn)奠定基礎。利用生度顯著高于其他各水平(p<0.05)。因此,確定甜高粱物質(zhì)發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇作為替代能源,緩解能源危汁液發(fā)酵的適宜的接種量為10%。機,同時增加了社會的經(jīng)濟效益,保護了大氣環(huán)境,2.8正交試驗具有十分廣闊的生產(chǎn)前景。表3酒精發(fā)酵正交試結(jié)果參考文獻:因素實驗號酒精度(vh[1]黃宇彤世界燃料酒精生產(chǎn)形勢釀酒,2001,28(5):24dimir 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