纖維素燃料乙醇同步糖化發(fā)酵工藝第1頁，共32頁，2023年，2月20日，星期二纖維素燃料乙醇同步糖化發(fā)酵工藝乙醇質(zhì)量部：李全第2頁，共32頁，2023年，2月20日，星期二目錄燃料乙醇發(fā)展前景工藝流程同步糖化發(fā)酵工藝半連續(xù)發(fā)酵工藝關(guān)鍵控制點及染菌防治第3頁，共32頁，2023年，2月20日，星期二燃料乙醇發(fā)展前景第4頁，共32頁，2023年，2月20日，星期二燃料乙醇的必要性作為未來石油化工產(chǎn)品的替代品減少溫室氣體排放，符合可持續(xù)發(fā)展要求原料來源廣泛，可再生取代對水質(zhì)污染嚴(yán)重的MTBE纖維素乙醇在我國的優(yōu)勢不與民爭糧，不與糧爭地調(diào)整農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)便于收集，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)改善玉米芯、秸稈焚燒帶來的環(huán)境污染減少汽車尾氣中有毒物質(zhì)的排放能源危機糧食短缺環(huán)境污染多元化能源格局資源豐富清潔可再生第5頁，共32頁，2023年，2月20日，星期二燃料乙醇的世界生產(chǎn)水平巴西:約為1265萬t/年美國:800萬t/年中國:200萬t/年歐盟:176萬t/年印度:實際開工不到100萬t/年燃料乙醇作為木質(zhì)纖維素生物煉制的先鋒產(chǎn)品，其開發(fā)已受到包括中國在內(nèi)的世界各國和石油大公司的普遍重視。第6頁，共32頁，2023年，2月20日，星期二IogenCorporration（Canada）Pilotsystemscale:3000ton/afeedstock:straw,grassesandcornstalksNationalRenewableEnergyLaboratory（America）Pilotsystemscale:300ton/afeedstock:wood,strawTsukishimaKikaiCo.,LTD.（Japan）Pilotsystemscale:100ton/dayfeedstock:wastehousewood河南天冠集團(中石油)年產(chǎn)30萬噸燃料乙醇生產(chǎn)線

原料:薯干、鮮薯、木薯安徽豐原集團（中糧生化）年產(chǎn)：37~38萬噸乙醇原料:薯干、鮮薯、木薯EtekEtanolTeknikAB

（Sweden）Pilotsystemscale:500liter/dayfeedstock:willow第7頁，共32頁，2023年，2月20日，星期二纖維素乙醇在中國：中國石化、中糧集團聯(lián)合丹麥諾維信（Novozyme）公司，以燃料乙醇為目標(biāo)產(chǎn)品進行研究開發(fā)，已在中糧集團建設(shè)500噸/年中試示范生產(chǎn)線。此外，河南天冠集團、安徽豐原集團、吉林燃料乙醇有限公司、華東理工大學(xué)等也建成規(guī)模不等的纖維素燃料乙醇中試生產(chǎn)線。山東龍力生物科技股份有限公司成為國內(nèi)第一家纖維素燃料乙醇定點生產(chǎn)企業(yè)。國內(nèi)開展木質(zhì)纖維素生物質(zhì)糖關(guān)鍵技術(shù)及生物質(zhì)糖后續(xù)發(fā)酵的研究單位主要有南京林業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)、山東大學(xué)、南京工業(yè)大學(xué)、中國科技大學(xué)、華東理工大學(xué)、華南理工大學(xué)、浙江大學(xué)、廣西大學(xué)、中國科學(xué)院（微生物所、過程研究所、大連物化所、廣州能源所、青島能源所）等。第8頁，共32頁，2023年，2月20日，星期二工藝流程第9頁，共32頁，2023年，2月20日，星期二工藝流程纖維素酶制備同步糖化發(fā)酵產(chǎn)品分離純化第10頁，共32頁，2023年，2月20日，星期二預(yù)處理技術(shù)纖維素酶制備同步糖化發(fā)酵產(chǎn)品分離純化玉米芯6目滾筒篩0.1～0.3%硫酸預(yù)處理1.6～1.8%硫酸水解(蒸汽爆破)木糖渣水解液木質(zhì)素分離純化木糖分離純化脫木質(zhì)素渣木質(zhì)素（纖維素含量85%以上）第11頁，共32頁，2023年，2月20日，星期二預(yù)處理技術(shù)纖維素酶制備同步糖化發(fā)酵產(chǎn)品分離純化纖維素酶菌種（斜臥青霉）搖瓶培養(yǎng)無菌空氣一級菌種擴培木糖渣二級菌種擴培配料及營養(yǎng)鹽產(chǎn)酶發(fā)酵纖維素酶

（內(nèi)切酶，外切酶，β-葡萄糖苷酶）第12頁，共32頁，2023年，2月20日，星期二預(yù)處理技術(shù)纖維素酶制備同步糖化發(fā)酵產(chǎn)品分離純化酵母活化發(fā)酵罐空消滅菌投料調(diào)pH，控溫加纖維素酶加釀酒酵母補料同步糖化發(fā)酵溫度，pH，酸度，殘?zhí)菣z測乙醇酵母蛋白CO2第13頁，共32頁，2023年，2月20日，星期二預(yù)處理技術(shù)纖維素酶制備同步糖化發(fā)酵產(chǎn)品分離純化6、酵母蛋白1、食品級木糖2、高分子材料木質(zhì)素3、纖維素酶4、燃料乙醇5、食品級CO2第14頁，共32頁，2023年，2月20日，星期二同步糖化發(fā)酵工藝第15頁，共32頁，2023年，2月20日，星期二纖維素酶制備酶制劑車間由六大系統(tǒng)組成1、無菌空氣系統(tǒng)2、循環(huán)水系統(tǒng)3、蒸汽系統(tǒng)4、消泡系統(tǒng)5、料液管路系統(tǒng)6、自控系統(tǒng)（溫度電極、pH電極、溶氧電極、消泡電極、攪拌變頻、通氣自控）發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)及滅菌演示第16頁，共32頁，2023年，2月20日，星期二同步糖化發(fā)酵發(fā)酵罐空消一次投料加纖維素酶加脫木素渣加釀酒酵母補料同步糖化發(fā)酵酵母活化酒發(fā)酵罐區(qū)組成：活化罐發(fā)酵罐上料絞龍渣場第17頁，共32頁，2023年，2月20日，星期二分批培養(yǎng)中微生物的生長遲滯期對數(shù)生長期穩(wěn)定期死亡期時間酵母對數(shù)值第18頁，共32頁，2023年，2月20日，星期二遲滯期對數(shù)生長期穩(wěn)定期死亡期微生物生長分為：遲滯期、對數(shù)生長期、穩(wěn)定期和死亡期遲滯期：菌體沒有分裂只有生長，因為當(dāng)菌種接種入一個新的環(huán)境，細胞內(nèi)的核酸、酶等營養(yǎng)物質(zhì)被稀釋，這時細胞不能分裂。是微生物適應(yīng)環(huán)境的過程第19頁，共32頁，2023年，2月20日，星期二對數(shù)生長期：當(dāng)細胞內(nèi)的與細胞分裂相關(guān)的物質(zhì)濃度達到一定程度，細胞開始分裂，這時細胞生長很快，比生長速率幾近常數(shù)。這個時期稱為對數(shù)生長期遲滯期對數(shù)生長期穩(wěn)定期死亡期細胞出芽率出芽率是反應(yīng)酵母菌體細胞旺盛與否、培養(yǎng)條件是否適宜、營養(yǎng)是否豐富的重要標(biāo)志，主要是反應(yīng)酵母細胞的繁殖狀況，出芽酵母多，表明酵母正處于繁殖旺盛期，即對數(shù)期，正好作菌種用，成熟酒母醪中要求酵母細胞出芽率在20—30％，最低不得低于15％，出芽率過低，則應(yīng)查找原因，采取相應(yīng)措施，以期提高出芽率。第20頁，共32頁，2023年，2月20日，星期二圖一圖四圖三圖二圖一：酵母結(jié)構(gòu)圖二：酵母出芽生殖、分裂生殖圖三：電子顯微鏡下酵母出芽生殖圖四：光學(xué)顯微鏡下酵母形態(tài)第21頁，共32頁，2023年，2月20日，星期二遲滯期對數(shù)生長期穩(wěn)定期死亡期隨著細胞生長，培養(yǎng)液中的營養(yǎng)物減少，代謝廢物積累，導(dǎo)致細胞生長速率下降，進入減速期和穩(wěn)定期。最后當(dāng)細胞死亡速率大于生成速率，進入死亡期對于初級代謝產(chǎn)物，在對數(shù)生長期初期就開始合成并積累，而次級代謝產(chǎn)物則在對數(shù)生長期后期和穩(wěn)定期大量合成。發(fā)酵產(chǎn)物乙醇屬于次級代謝產(chǎn)物。在穩(wěn)定期積累。第22頁，共32頁，2023年，2月20日，星期二滅菌5m3料酵母和無機鹽無機鹽和促進劑滿灌測數(shù)溫度30-32℃固形物10-13%通風(fēng)/小時酸度<3酵母活化第23頁，共32頁，2023年，2月20日，星期二發(fā)酵罐空消一次投料加纖維素酶加脫木素渣加釀酒酵母補料同步糖化發(fā)酵酵母活化纖維素酶是水解纖維素生產(chǎn)葡萄糖及纖維二糖的一類酶的總稱。它不是單一酶,而是起協(xié)同作用的多組分酶系,包括葡聚糖內(nèi)切酶(EG),葡聚糖外切酶(CBH)和β-葡萄糖苷酶(BG),其中起關(guān)鍵作用的是葡聚糖內(nèi)切酶(EG),它隨機切割纖維素多糖鏈內(nèi)部的無定型區(qū),產(chǎn)生不同長度的寡糖和新鏈,葡聚糖外切酶將寡糖和新鏈切割成纖維二糖，最后，在β-葡萄糖苷酶(BG)的作用下，將纖維二糖分解為葡萄糖。不溶性纖維素EG不溶性和可溶性纖維寡糖CBH纖維二糖葡萄糖BGBG纖維素酶的作用機理第24頁，共32頁，2023年，2月20日，星期二溫度pH值固形物（16-17%）8m3玉米水纖維素酶+酵母水物料發(fā)酵罐空消一次投料加纖維素酶加脫木素渣加釀酒酵母補料同步糖化發(fā)酵酵母活化第25頁，共32頁，2023年，2月20日，星期二脫木質(zhì)素渣產(chǎn)酒工藝第26頁，共32頁，2023年，2月20日，星期二半連續(xù)發(fā)酵工藝第27頁，共32頁，2023年，2月20日，星期二半連續(xù)發(fā)酵工藝指在發(fā)酵過程的中期周期性地放出部分含有產(chǎn)物的發(fā)酵液，然后再補加相同體積的新鮮培養(yǎng)基的發(fā)酵工藝半連續(xù)發(fā)酵工藝是指，主發(fā)酵階段采用連續(xù)發(fā)酵，后發(fā)酵階段采用間歇發(fā)酵的方式工藝流程如下:酒母2#發(fā)酵罐1#發(fā)酵罐32#發(fā)酵罐4#～31#發(fā)酵罐3#發(fā)酵罐料液第28頁，共32頁，2023年，2月20日，星期二半連續(xù)發(fā)酵工藝關(guān)鍵控制點：1、溫度：32～352、出料泵頻率20～25Hz3、通風(fēng)：3min/h4、揮發(fā)酸>0.5時，重新培養(yǎng)。第29頁，共32頁，2023年，2月20日，星期二關(guān)鍵控制點及染菌防治第30頁，共32頁，2023年，2月20日，星期二關(guān)鍵控制點

酵母數(shù)外觀糖酸度pHDE值揮發(fā)酸酒度原料

/>16<1.53.5～4>70%//滿罐/16~173.5~4.0/>70%//活化罐>8500萬/

/

/

/

0

/72h發(fā)酵醪

/

殘還原糖<0.2%,<8///>8

殘總糖<0.5%溫度：初期控溫32～34℃，中期控溫35～38℃，后期34～36℃第31頁，共32頁，2023年，2月20日，星期二雜菌污染的因素及其處理辦法1．污染因素酒母醪雜菌污染的主要因素在以下幾個方面，原菌