纤维素燃料乙醇同步糖化发酵工艺
生物质燃料乙醇发酵工艺类型
发酵（37-40℃）
固定化细胞发酵法
固定化酵母细胞发酵法能使反应器内细胞密度增加，细胞可 连续使用，最终提高发酵液的乙醇浓度。 发展新动向：混合固定细胞发酵。
水解发酵二段法（SHF）
水解发酵二段法：指先用纤维素酶水解纤维素，再经酵母发 酵成乙醇。 特点：纤维素水解和水解液乙醇发酵是分别在不同容器内进 行的。 优点：酶和酵母的活性达到最大，乙醇的产率高。
缺点：发酵速度慢。
同时糖化发酵技术（SSF）
同时糖化发酵技术：指用一种可产生纤维素酶的微生物和酵 母在同一容器内连续进行纤维素的糖化和发酵。 优点：工艺简单、能耗低、设备投资少、发酵迅速、解除了 产物抑制，保持了糖化酶的活性，燃料乙醇的产量高等。 缺点：糖化和发酵温度不协调，糖化（50℃）
生物质燃料乙醇发酵工艺类型
一．综合生物工艺（CBP）
二．水解发酵二段法（SHF）
三．同时糖化发酵技（SSF） 四．固定化细胞发酵法
综合生物工艺（CBF）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
综合生物工艺先前被称为直接微生物转化，将纤维素酶生产、水 解和发酵组合在一步里完成。这就要求纤维素酶生成和酒精发酵 都由一种微生物或一个微生物群体来实现。 常用微生物：热纤维素梭菌 这种细菌能分解纤维素，并使产生的 纤维二糖、葡萄糖、果糖等发酵，水解和发酵的最佳温度为 56~64℃，最佳pH值为6.4~7.4 总结：这种工艺方法设备简单，成本低，但乙醇产率不高，会产 生有机酸等副产物。
利用木质纤维素生产燃料乙醇
利用木质纤维素生产燃料乙醇前言经济社会的发展以能源为重要动力，经济越发展，能源消耗越多。
到2059年，也就是世界上第一口油井开钻200周年之际，世界石油资源大概所剩无几。
而生物质能是由植物的光合作用固定于地球上的太阳能，最有可能成为21世纪主要的新能源之一。
据估计，植物每年贮存的能量约相当于世界主要燃料消耗的10倍；而作为能源的利用量还不到其总量的1%。
专家预测，生物质能源将成为未来持续能源重要部分，到2015年，全球总能耗将有40%来自生物质能源。
然而燃料乙醇的生产如均以糖类或粮食为原料，其产量受到粮食资源的限制，难以长期满足能源需求。
从长远考虑必须进行科技创新，扩大原料来源。
含木质纤维素的生物质废弃物是生产燃料乙醇的另一原料来源，它包括农作物秸秆、林业加工废料、甘蔗渣及城市垃圾中所含的废弃生物质等。
国内外专家对木质纤维素原料转化为乙醇燃料进行了大量的研究。
一．木质纤维素发酵生产乙醇的原理木质纤维素转化为乙醇的步骤主要分为两步：纤维素水解成糖，糖发酵成醇。
由于木质纤维素结构复杂，纤维素、半纤维素不但被木质素包裹，而且半纤维素部分共价和木质素结合，纤维素具有高度有序晶体结构．因此必须经过预处理，使得纤维素、半纤维素、木质素分离开，切断它们的氢键，破坏晶体结构，降低聚合度，以提高水解效率。
表2列出了几种木质纤维素中纤维素、半纤维素和木质素的含量。
表 2 几种典型木质纤维素原料的组成质量分数/％原料纤维素半纤维素木质素玉米秸秆36 28 29小麦秸秆36 28 22稻草37 19 10稻壳36 20 19高粱秸秆32 19 14云杉43 26 29松木44 26 29桦木40 39 21柳木51 29 16杨木51 29 16新闻纸62 16 21图1 植物细胞壁构成示意图所有植物来源的木质纤维素均含有丰富的纤维素、半纤维素和木质素，纤维素和半纤维素可作为乙醇发酵的原料。
图2 木质纤维素发酵生产乙醇的路线纤维素是一种有100--1000个β-D-吡喃型葡萄糖单体以β-1,4-糖苷键连接的直链多糖，多个分子平行紧密排列成丝状不溶性微小纤维。
纤维素燃料乙醇生产的工艺流程
纤维素燃料乙醇生产的工艺流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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纤维素燃料乙醇的生产首先需要准备合适的原料。
纤维素同步糖化发酵生产乙醇
纤维素同步糖化发酵生产乙醇孙武举;翁海波;李萍萍;晋果果【摘要】[目的]利用微生物方法生产乙醇,从而替代化石能源.[方法]土曲霉M11利用纤维素为原料产酶并糖化纤维素成还原糖,利用酿酒酵母发酵生成乙醇.[结果]通过对土曲霉M11生长条件的研究,确定了土曲霉M11的最佳培养时间是3d,最佳接种量为200μl,最适培养湿度为80%,最适培养温度为45℃,最适培养pH为3.0,此条件下可获得最大的产酶量.通过对糖化过程的研究,确定了纤维素酶的最适糖化温度为55℃,最适pH为5.0,此条件下可获得较高的还原糖量,且在酸性条件下酶活力较高,具有很好的热稳定性.通过发酵.还原糖量占原材料干重的62.42%,产生的乙醇占原材料干重的21.36%.[结论]此方法可以应用于工业发酵生产乙醇,有利于保护环境、降低成本、提高社会效益,有很好的应用价值.%[Objective] The ethanol was produced by means of microbiological processes for the replacing approach of energy source. [ Method] The reducing sugar was produced from the cellulose, which was saccharified by the enzyme that was from the cellulose as raw material was acted by Aspergillus teneus-Mll,,and the ethanol was produced based on the fermentation of yeast. [ Result] The experimental result indicated that the optimal culture condition of Aspergillus terreus-Mll growth was that the best time was 3 days,the best inoculation was 200 μl,the optimal culture humidity was 80% ,the optimum temperature was 45℃ and the optimal culture pH was 3.0,under which condition,the largest amount of enzyme-producing was available. And the experiment in the glycation process of cellulase showed the optimal temperature was 55 ℃ and the optimum pH was 5.0,under which conditionthe production of reducing sugar,which enzyme activity under acidic condition was higher and had good thermal stability,was relevantly high. By fermentation,the reduced sugar accounted for 62.42% of the dry weight of raw material and the produced ethanol accounted for 21.36% of dry weight of raw material. [Conclusion] This method could be used for the production of ethanol at the basis of industrial fermentation with die environmental protection,cost-reducing and high social benefit,which application value was very good.【期刊名称】《安徽农业科学》【年(卷),期】2011(039)018【总页数】5页(P11018-11021,11126)【关键词】同步糖化发酵;土曲霉M11;乙醇;废纸;酶活性【作者】孙武举;翁海波;李萍萍;晋果果【作者单位】郑州大学生物工程系,河南,郑州,450001;郑州大学生物工程系,河南,郑州,450001;郑州大学生物工程系,河南,郑州,450001;郑州大学生物工程系,河南,郑州,450001【正文语种】中文【中图分类】Q93木质纤维素是自然界中最丰富、最廉价的可再生资源，主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，这些物质是陆生植物细胞壁的主要组分［1］，约占植物组织平均干重的35% ～50%［2］。
纤维原料制备生物乙醇工艺
纤维原料制备生物乙醇工艺
纤维原料制备生物乙醇是一种常见的生物燃料工艺。
以下是纤维原料制备生物乙醇的一般工艺步骤：
1. 原料预处理：选择适宜的纤维原料，如稻草、木材、秸秆等，进行切碎、破碎或研磨处理，以增大表面积，便于后续的酶解和发酵过程。
2. 酶解：将经过预处理的纤维原料与适量的水混合，加入纤维酶，进行酶解反应。
纤维酶可以将纤维原料中的纤维素分解为糖类物质，如葡萄糖。
3. 糖化：将酶解后的糖类物质与适量的酵母菌菌种混合，进行糖化反应。
酵母菌将糖类物质经过发酵作用转化为乙醇和二氧化碳。
4. 发酵：将经过糖化的混合物在恒定的温度和pH值下进行发
酵反应。
发酵时间根据纤维原料类型和工艺条件的不同而有所差异。
5. 蒸馏：将发酵产生的混合物进行蒸馏，以分离乙醇和其他杂质。
蒸馏过程可以使用多级蒸馏塔或其他分离技术进行。
6. 脱水：通过进一步的处理，去除乙醇中的水分，提高乙醇的纯度。
常使用分子筛吸附、蒸馏或其他脱水方法进行。
7. 乙醇精制：对脱水后的乙醇进行精制处理，去除余留的杂质，
得到高纯度的生物乙醇。
需要注意的是，纤维原料制备生物乙醇过程中存在一些挑战，如纤维原料的选择和处理、酶解和糖化过程的优化以及废物处理等问题，需要综合考虑各种因素来优化工艺流程。
纤维素燃料乙醇同步糖化发酵工艺PPT课件
contents
目录
• 绪论 • 纤维素燃料乙醇同步糖化发酵工艺原理 • 工艺流程及设备 • 工艺参数优化与控制 • 纤维素燃料乙醇同步糖化发酵工艺的应
用与展望 • 结论与建议
01
绪论
背景介绍
01
02
03
能源危机
随着化石燃料的逐渐枯竭， 能源危机已成为全球关注 的焦点。
促进可持续发展
纤维素燃料乙醇的生产有助于减少对 传统能源的依赖，促进经济和社会的 可持续发展。
国内外研究现状及发展趋势
国外研究现状
纤维素燃料乙醇同步糖化发酵工 艺在国外已有一定研究基础，技
术相对成熟。
国内研究现状
国内在该领域的研究尚处于起步阶 段，但发展迅速，政府和企业支持 力度大。
发展趋势
随着环保意识的提高和技术的不断 进步，纤维素燃料乙醇同步糖化发 酵工艺将迎来更广阔的发展前景。
工艺参数优化与控制
温度对工艺的影响
温度对纤维素酶活性 和糖化效果有显著影 响。
适宜的温度范围通常 在40-50℃，具体根 据所用酶的特性而定。
温度过高会导致酶失 活，温度过低则酶活 性降低，影响糖化效 果。
pH值对工艺的影响
pH值对纤维素酶活性和发酵微 生物的生长具有重要影响。
适宜的pH值范围通常在4.55.5，过低或过高均会影响酶活 性和微生物生长。
环境保护
减少对化石燃料的依赖有 助于降低碳排放，缓解全 球气候变化问题。
可再生能源
纤维素燃料乙醇作为一种 可再生能源，具有可持续 性和环保性，受到广泛关 注。
研究意义
解决能源危机
减少环境污染
通过开发纤维素燃料乙醇同步糖化发 酵工艺，有助于替代部分化石燃料， 缓解能源危机。
甜高粱制燃料乙醇的原料和工艺
1前言甜高粱[Sorghum bicolor (L.)Mocnch]，是粒用高粱的一个变种，被誉为“生物能源系统中最有力的竞争者”，具有很多优良的特性。
①是目前世界上生物量最高的作物之一，有“高能作物”之称，产量一般为2250～7500kg/hm 2籽粒和(6～7.5)×104kg/hm 2富含糖分的茎秆(茎汁含糖量17%～28%，主要糖分为蔗糖、葡萄糖、果糖)[1]。
②具有较强的抗逆性和广泛的适应性。
相比于其他禾谷类作物，甜高粱更为抗旱、耐涝、耐盐碱、耐高温。
在种植地域方面，甜高粱在热带、亚热带和温带均可种植，尤其是在干旱、半干旱、低洼易涝、盐碱地区，土壤贫瘠的山区和半山区均可种植。
从世界范围看，甜高粱大部分种植在热带半干旱地区、高海拔冷凉山区及盐碱、酸土地区。
我国南从海南岛，北至黑龙江大庆，都有种植，最适宜的生长地域是长江流域和黄河流域。
在生产燃料乙醇方面，甜高粱是竞争力最强的作物，美国、印度、巴西等国都开展了培育和种植甜高粱及其生产燃料乙醇方面的研究与开发，我国也开始了以甜高粱秸秆为原料生产燃料乙醇的技术研究和中试[2]。
原料的可靠供应与高质量保障是企业生死攸关和能否盈利的基本条件。
甜高粱茎汁制燃料乙醇的生产工艺中，茎秆的糖分含量与企业的乙醇产量和经济效益密切相关。
因此，以燃料乙醇为目标产品，从高产、高糖、抗病优良品种选育技术，栽培技术，储藏保鲜技术，加工工艺和综合利用等方面，研究甜高粱的原料工程和生产技术，具有一定的现实意义。
2甜高粱新品种的培育我国的基本国情是“人多地少”，因此，发展燃料乙醇的原则是“不与人争粮，不与粮争地”。
基于此，适合作为燃料乙醇原料的甜高粱品种需要具备以下特点：①适应性强，可在贫瘠、盐碱、干旱地带生长，其开发种植利于保护环境；②分布广泛，可因地制宜，进行广泛种植；③生长快速，通过规模化种植能确保产量。
2.1甜高粱育种的研究方向与难点目前我国高粱杂交种叶片直立性差，多为下披型；植株偏高，株形不理想，耐密性较差；大部分杂交种植株高度在180cm 以上。
纤维素乙醇生产工艺
纤维素乙醇生产工艺纤维素乙醇是一种可再生燃料，可通过生物质材料中的纤维素转化而成。
由于纤维素是植物细胞壁的主要成分，因此纤维素乙醇生产工艺主要涉及纤维素的预处理和生物转化两个步骤。
下面将介绍一种常用的纤维素乙醇生产工艺。
首先，纤维素的预处理是将木质纤维素从生物质材料中提取出来。
这可以通过磨碎、纤维化和蒸煮等方式实现。
首先，生物质材料如玉米秸秆或木材被粉碎成小颗粒以增加表面积。
然后，经过纤维化处理，将材料进一步细化为纤维素纤维。
最后，将纤维素纤维置于高温高压环境下进行蒸煮。
这一步骤中的蒸煮过程有助于分解纤维素颗粒和降低纤维素纤维的结晶度，使其更易于生物转化。
接下来是生物转化步骤，主要包括糖化和发酵两个过程。
首先，经过蒸煮的纤维素纤维被糖化成可发酵的糖分子，例如葡萄糖和木糖。
糖化是通过添加酶来实现的，酶可以将纤维素纤维中的糖链断裂为单糖。
这一过程需要在适当的温度和酸碱度下进行。
接下来，将糖溶液进行发酵，转化为乙醇。
发酵是通过添加酵母等微生物来实现的，它们能够利用糖分子进行代谢并产生乙醇和二氧化碳。
发酵过程需要在适当的温度和pH值下进行，并控制好氧气的供应以维持合适的微生物活性。
生物转化过程中还需要进行废物处理，如处理发酵剩余物和废水。
发酵剩余物可以通过压榨和干燥等方式得到固体废物，并可以用作饲料或肥料。
废水则需要经过处理，以达到环境排放标准。
最后，乙醇产物需要经过蒸馏和精炼等步骤进行纯化。
这些步骤包括蒸馏、脱水、分离等操作，可以将乙醇纯度提高到适用于工业和交通领域的要求。
总而言之，纤维素乙醇生产工艺主要包括纤维素预处理和生物转化两个步骤。
通过这些步骤，纤维素可以被转化为可再生的乙醇燃料，并且废物可以得到有效处理，从而实现了可持续发展的目标。
纤维素乙醇作为一种绿色能源，具有巨大的潜力在减少对化石燃料依赖和减少温室气体排放方面发挥重要作用。
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发酵产物乙醇属于次级代谢产物。在 稳定期积累。
酵母活化
灭菌
5m3料
酵母 和无 机盐
测数
无机 盐和 促进 剂
满灌
温度30-32℃ 固形物10-13%
通风/小时 酸度<3
纤维素酶的作用机理
酵母活化 发酵罐空消
一次投料 加纤维素酶 加脱木素渣 加酿酒酵母
补料 同步糖化发酵
纤维素酶是水解纤维素生产葡萄糖及纤维二糖的一类 酶的总称。它不是单一酶,而是起协同作用的多组分酶 系,包括葡聚糖内切酶(EG),葡聚糖外切酶(CBH)和β-葡 萄糖苷酶(BG),其中起关键作用的是葡聚糖内切酶 (EG),它随机切割纤维素多糖链内部的无定型区,产生 不同长度的寡糖和新链,葡聚糖外切酶将寡糖和新链切 割成纤维二糖，最后，在β-葡萄糖苷酶(BG)的作用下， 将纤维二糖分解为葡萄糖。
纤维素乙醇在中国：
中国石化、中粮集团联合丹麦诺维信 （Novozyme）公司，以燃料乙醇为目标 产品进行研究开发，已在中粮集团建设 500吨/年中试示范生产线。此外，河南天 冠集团、安徽丰原集团、吉林燃料乙醇有 限公司、华东理工大学等也建成规模不等
的纤维素燃料乙醇中试生产线。山东龙力 生物科技股份有限公司成为国内第一 家纤维素燃料乙醇定点生产企业。
发酵罐结构及灭菌演示
同步糖化发酵
酵母活化 发酵罐空消
一次投料 加纤维素酶 加脱木素渣 加酿酒酵母
补料 同步糖化发酵
酒发酵罐区组成： 活化罐 发酵罐 上料绞龙 渣场
分批培养中微生物的生长
酵 母 对 数 值
迟滞期 对数生长期
时间
稳定 期
死亡期
微生物生长分为：
迟滞期、对数生长期、稳 定期和死亡期
迟滞期 对数生长期
产品分离纯化
预处理技术 纤维素酶制备 同步糖化发酵 产品分离纯化
玉米芯
6目滚筒筛
0.1～0.3%硫酸预处理
1.6～1.8%硫酸水解(蒸汽爆破)
木糖渣
水解液
木质素分离纯化
木糖分离纯化
脱木质素渣 木质素
（纤维素含量85%以上）
预处理技术 纤维素酶制备 同步糖化发酵 产品分离纯化
纤维素酶菌种（斜卧青霉）
稳定 期
死亡期
迟滞期：
菌体没有分裂只有生长，因 为当菌种接种入一个新的环 境，细胞内的核酸、酶等营 养物质被稀释，这时细胞不 能分裂。是微生物适应环境 的过程
迟滞期 对数生长期
稳定 期
死亡期
对数生长期：
当细胞内的与细胞分裂相关的物质浓 度达到一定程度，细胞开始分裂，这 时细胞生长很快，比生长速率几近常 数。这个时期称为对数生长期
细胞出芽率
出芽率是反应酵母菌体细胞旺盛与否、培养条 件是否适宜、营养是否丰富的重要标志，主要 是反应酵母细胞的繁殖状况，出芽酵母多，表 明酵母正处于繁殖旺盛期，即对数期，正好作 菌种用，成熟酒母醪中要求酵母细胞出芽率在 20—30％，最低不得低于15％，出芽率过低， 则应查找原因，采取相应措施，以期提高出芽
纤维素燃料乙醇同步糖化发酵工艺
乙醇质量部：李全
目录
燃料乙醇发展前景 工艺流程
同步糖化发酵工艺 半连续发酵工艺 关键控制点及染菌防治
燃料乙醇发展前景
能源危机
环境污染
粮食短缺
多元化能源格局
燃料乙醇的必要性
•作为未来石油化工产品的替代品 •减少温室气体排放，符合可持续发展要求
清 洁 •取ห้องสมุดไป่ตู้对水质污染严重的MTBE
1、食品级木糖
2、高分子材料木质素
3、纤维素酶
产品分离纯化
4、燃料乙醇
5、食品级CO2
6、酵母蛋白
同步糖化发酵工艺
纤维素酶制备
酶制剂车间 由六大系统组成 1、无菌空气系统 2、循环水系统 3、蒸汽系统 4、消泡系统 5、料液管路系统 6、自控系统 （温度电极、pH电极、 溶氧电极、消泡电极、搅 拌变频、通气自控）
•减少汽车尾气中有毒物质的排放 •原料来源广泛，可再生
纤维素乙醇在我国的优势
•不与民争粮，不与粮争地 •资源丰富
可再生 •改善玉米芯、秸秆焚烧带来的环境污染
•便于收集，适合大规模工业化生产 •调整农业产业结构
燃料乙醇作为木质纤维素生物炼制的先锋产品，其开发已受到 包括中国在内的世界各国和石油大公司的普遍重视。
➢燃料乙醇的世界生产水平
巴西:约为1265万t/年 美国:800万t/年 中国:200万t/年 欧盟:176万t/年 印度:实际开工不到100万t/年
Iogen Corporration（Canada） Pilot system scale: 3000 ton/a feedstock: straw, grasses and corn stalks
National Renewable Energy Laboratory （America） Pilot system scale: 300 ton/a feedstock: wood, straw
Etek Etanol Teknik AB （Sweden） Pilot system scale: 500 liter/day feedstock: willow
率。
图一 图四
图二
图三
图一：酵母结构 图二：酵母出芽生殖、分裂生殖 图三：电子显微镜下酵母出芽生殖 图四：光学显微镜下酵母形态
迟滞期 对数生长期
稳定 期
死亡期
随着细胞生长，培养液中的营养物减 少，代谢废物积累，导致细胞生长速 率下降，进入减速期和稳定期。最后 当细胞死亡速率大于生成速率，进入 死亡期
国内开展木质纤维素生物质糖关键技术 及生物质糖后续发酵的研究单位主要有南 京林业大学、清华大学、山东大学、南京 工业大学、中国科技大学、华东理工大学、 华南理工大学、浙江大学、广西大学、中 国科学院（微生物所、过程研究所、大连 物化所、广州能源所、青岛能源所）等。
工艺流程
工艺流程
纤维素酶制备
同步糖化发酵
摇瓶培养
无菌空气
一级菌种扩培
木糖渣
二级菌种扩培
配料及营养盐
产酶发酵
纤维素酶
（内切酶，外切酶，β-葡萄糖苷酶）
预处理技术 纤维素酶制备 同步糖化发酵 产品分离纯化
酵母活化 发酵罐空消灭菌 投料
调pH，控温 加纤维素酶 加酿酒酵母
补料 同步糖化发酵 温度，pH，酸度，残糖检测 乙醇 酵母蛋白 CO2
预处理技术 纤维素酶制备 同步糖化发酵
Tsukishima Kikai Co., LTD.（Japan） Pilot system scale: 100 ton/day feedstock: waste house wood
河南天冠集团(中石油) 年产30万吨燃料乙醇生产线 原料: 薯干、鲜薯、木薯
安徽丰原集团（中粮生化） 年产：37~38万吨乙醇 原料: 薯干、鲜薯、木薯