不同温度条件对甜高粱茎秆汁液酒精发酵的影响

安徽农业科学,Journal of Anhui Agri. Sci. 2007,35(19) :5684-5685　　　　　　　　　　　　　　　　　　　责任编辑　胡先祥　责任校对　俞洁

不同温度条件对甜高粱茎秆汁液酒精发酵的影响

金慧1, 刘荣厚23

　

(1. 沈阳农业大学工程学院, 辽宁沈阳110161; 2. 上海交通大学农业与生物学院生物质能工程研究中心, 上海201101)

摘要　以可溶性糖含量为113g/L 的甜高粱茎秆汁液为试验原料, 采用摇瓶发酵方法, 在水浴摇床上进行发酵。试验中温度分别选取25、28、31、34和38℃5个梯度, 分别考察其对固定化酵母发酵甜高粱茎秆汁液制取酒精过程中酒精产量、C O 2失重率以及残糖含量的影响。结果表明, 温度选取31℃时, 可获得较高的酒精产量、C O 2失重率以及较低的残糖含量。关键词　温度; 固定化酵母; 甜高粱汁中图分类号　Q815　　文献标识码　A 　　文章编号　0517-6611(2007) 19-05684-02E ffects of Different T emperatures on E th anol F erm entation of Sw eet Sorghum Stalk Juice

JIN H ui et al 　(C ollege of Engineering , Shenyang Agricultural University , Shenyang , Liaoning 110161)

Abstract 　T he juice of sweet s orghum stem of s oluble sugar content 113g/L was used as ex perim ental m aterial of ethan ol ferm entation ex perim ents. T he ex perim ents were conducted in a shaking flask and the bath shake bed to investigate effect of tem perature on the ethan ol ferm entation of sweet s orghum stalk juice by imm obilized yeast. T he test tem peratures were 25, 28, 31,34and 38℃respectively. T he results sh owed that the 31℃was the m ost suitable condition to the ethan ol ferm entation of sweet s orghum stalk juice by imm obilized yeast. Under that condition , the better ethan ol yield ,C O 2weight loss rate and the lower residual sugar content could be obtained. K ey w ords 　T em perature ; Imm obilized yeast ; S weet s orghum stalk juice

　　由于受到两次石油危机的冲击, 世界各国纷纷开始研究开发新的、可再生的能源。而其中对于利用可再生资源生产燃料酒精的研究更是被提到了一个尤为重要的位置[1]。甜高粱作为一种能源作物向人们展示了较好的前景, 织和一些国家政府的关注[2]。等, 为普通粒用高粱的一个变种[3]前景[4]。45000～

75000kg/hm 2, 3kg/hm ; 其茎秆富汁多

1. 1. ; 菌种为上

培养斜面培养基配方:葡萄糖

0. 5%, 蛋白胨0. 5%, K H 2PO 40. 1%,M gS O 4・7H 2O 1%, 琼脂2%。液体培养基配方:葡萄糖5%, 酵母膏0. 5%, 蛋白胨0. 5%, K H 2PO 40. 1%,M gS O 4・7H 2O 0. 1%。0. 1MPa 条件下灭菌30m in , 28℃摇床(140r/m in ) 培养15h [6]。1. 2　方法　选定影响固定化酵母酒精发酵较为显著的温度

糖, ; , 可食用、饲用、酿酒等; 纸板、人造纤维等。

甜高粱茎秆生产乙醇是开拓乙醇生产的新的生物原料, 有着其他原料如甘蔗、甜菜、玉米、木薯等少有的独特优点:①甜高粱为C4高光效作物, 生物学产量极高; ②适应性广、耐旱、耐寒、耐瘠薄, 易于栽培; ③甜高粱既产茎秆又产粮, 不存在与粮食争地的矛盾。研究表明, 每公顷甜高粱每年的乙醇产量为6106L , 而甘蔗只有4680L , 玉米为2390L ; 甜高粱光合效率为大豆、甜菜、小麦等作物的2～3倍。在生物量能源系统中, 甜高粱是第一位的竞争者, 是世界公认的高能作物

[5]

为研究对象, 共设定5个水平, 在摇瓶中进行酒精发酵试验, 分别选取25、28、31、34和37℃5个温度梯度, 将可溶性糖含量113g/L 的甜高粱汁与固定化粒子按体积比2∶1的比例置于250m l 三角瓶(汁液100m l , 粒子50m l ) 中, 将溶液pH 值调至4. 5, 并分别放入不同温度的水浴摇床内发酵, 摇床转速

140～160r/m in , 同一温度条件下设2次重复。糖的测定(可

溶性总糖) 方法为直接滴定法[7]。酒精产量的测定:每隔1h 测一次发酵三角瓶的总重量, 其减少量即C O 2释放量, 通过

C O 2释放量就可计算出酒精的量, 其反应方程式为C 6H 12O 6→2C 2H 5OH +2C O 2↑, 由该式可知,C O 2释放量∶乙醇=22∶23。2　结果与分析

2. 1　不同温度对固定化酵母发酵甜高粱茎秆汁液酒精产量

。当前甜高粱茎秆汁液制取燃料乙醇是生物质能领域

的研究热点之一。在甜高粱茎秆汁液制取燃料乙醇的过程中, 有很多因素发挥作用, 如:温度、pH 值、转速、固定化粒子填充率等。笔者选定影响固定化酵母酒精发酵较为显著的温度为研究对象, 采用单因素试验, 分别考察其对发酵酒精产量、发酵速率及残糖含量的影响。

1　材料与方法1. 1　材料

1. 1. 1　甜高粱。采自上海交通大学农业与生物学院种植基

的影响　由图1可看出, 在固定化酵母发酵甜高粱茎秆汁液制取酒精过程中, 当发酵温度从25℃增加到31℃, 酒精产量也从24. 90g/L 增加到34. 84g/L , 增长显著; 随后当发酵温度从31℃增加到34℃时, 酒精产量开始缓慢下降, 由34. 84g/L 下降为33. 38g/L ; 当发酵温度从34℃增至37℃时, 酒精产量开始显著下降, 由33. 38g/L 下降为28. 90g/L 。由此可见, 在酒精发酵过程中, 酒精的形成直接取决于发酵温度, 在一定温度范围内, 增加发酵温度可使酒精产量增加, 而温度达到一定值, 酒精产量变化平缓, 再增加温度, 酒精产量下降。因此,31℃是较为合适的发酵温度。

2. 2　不同温度梯度下CO 2失重率　由表1可看出, 发酵温

地, 品种为醇甜2号。收获的甜高粱秆去叶, 用三辊式压榨机榨汁, 所得汁液用16层纱布过滤, 再于121℃灭菌20m in ,

基金项目　辽宁省科技攻关项目(2003224003) ; 欧盟资助项目(IC A42

2002210023) ; 农业部资助项目(2002214201A ) 。

作者简介　金慧(1978-) , 女, 上海人, 博士研究生, 研究方向:生物质

能。3通讯作者, 博士, 教授, 博士生导师。

收稿日期　2007203226

度37℃时, 发酵过程中最大C O 2失重率为0. 74g/h , 而25℃

35卷19期　　　　　　　　　　　　　金慧等　不同温度条件对甜高粱茎秆汁液酒精发酵的影响5685

时发酵过程中最大C O 2失重率仅为0. 40g/h ;25～37℃范围内, 不同发酵温度下最大C O 2失重率随温度的增加而增加, 因此总的发酵时间也随着温度的增加而缩短, 这与沈飞[8]的研究结论一致。由温度对发酵速率和酒精产量的影响可知, 虽然较高的温度水平可以提高酒精的发酵速率, 但过高的温度会使固定化材料中的酵母细胞活化加快, 使酵母细胞出现易老化、失活等问题, 最终导致反应的终止[9]。因此在固定化酵母发酵甜高粱茎秆汁液制取酒精的工艺过程中, 发酵温度应选择31℃左右, 这样既可以保证较快的发酵速率, 又能

获得较高的酒精产量。

25℃时, 残糖含量最高为9. 60g/L ; 发酵温度为31

℃时, 残糖

含量最低, 为7. 89g/L 。因此在固定化酵母发酵甜高粱茎秆汁液制取酒精的工艺过程中, 发酵温度应考虑选择31℃左右, 这样不仅可以保证较快的发酵速率、获得较高的酒精产量, 而且残糖含量也较低。

图2　影响

3　结论

, 酒试验数据表明, 温度为31

图1　影响

　　表1发酵时间

　　0

[**************]

28

, 又可获得较高的酒精产量因此结合温度对发酵速率和酒精产量, 发酵温度应选择31℃左右。参考文献

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不同温度梯度下CO 2∥℃

34

37

　　0

0. 100. 100. 200. 200. 200. 380. 300. 200. 200. 200. 200. 10

0. 200. 200. 300. 400. 440. 400. 300. 200. 200. 20

0. 200. 200. 300. 400. 400. 530. 400. 300. 200. 200. 20

　　0

0. 200. 300. 300. 400. 500. 590. 500. 200. 20

　　0

0. 200. 300. 400. 500. 740. 200. 100. 10

2. 3　不同温度水平下残糖含量　由图2可看出, 在固定化

酵母发酵甜高粱茎秆汁液制取酒精过程中, 当发酵温度为

(上接第5683页)

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