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本论文主要对适宜甘蔗汁酒精发酵的酵母菌株进行筛选,并探讨了甘蔗汁酒精发酵的最佳工艺条件,初步探讨了甘蔗汁生产燃料乙醇的可行性。采用固定化酵母细胞方法进行蔗汁酒精发酵,比较了其与游离酵母细胞发酵的优劣,选出较优的固定化酵母细胞载体并优化固定化酵母发酵的工艺条件。主要研究结果如下：
通过酒精发酵实验及耐酒精能力测试,从As2.1190、贵糖4608、CICC1308、AS2.109和R12五株酵母菌株中筛选出酿酒酵母CICC1308较适于蔗汁酒精发酵。测定了其在蔗汁中的生长曲线,确定最佳的菌种培养时间为12h。
通过单因素实验及正交优化试验探讨了酿酒酵母CICC1308蔗汁酒精发酵的工艺条件。得出对酒精得率影响因素的主次顺序为发酵时间>初始pH>发酵温度>接种量。确定最佳工艺参数组合为：初始pH值5.0,发酵温度为30℃,接种量12％(v/v),发酵时间54h。最佳工艺条件下发酵验证实验结果表明,酒精得率最高可达92.15％。
蔗汁培养基组成对酿酒酵母CICC1308酒精发酵的影响研究发现,最佳初始糖浓度为180g/L;最佳氮源为尿素,其最适浓度为0.05％；除此之外,无需添加其它无机盐。KH2PO4的添加对酵母无毒害作用,但不能提高酒精得率；MgSO4的添加对酵母生长和发酵有一定抑制作用,其抑制作用机理还有待进一步研究。说明蔗汁中含有大量可为酵母菌直接利用的营养物质,适合酿酒酵母的酒精发酵。
对比海藻酸钙包埋法和蔗渣吸附法两种固定化酵母发酵与游离细胞发酵,得出固定化酵母发酵的酒精产量高于游离细胞发酵,且发酵时间大大缩短,由游离细胞发酵的54～60h缩短至24～30h,从而大大提高发酵效率。
对固定化酵母粒子表面形态的扫描电镜观察可以看出,海藻酸钙固定化粒子酵母细胞分布均匀,且具有一定渗透性,发酵过程中细胞泄露少。从固定化酵母粒子的发酵能力及发酵稳定性来看,海藻酸钙包埋法优于蔗渣吸附法,因此选择海藻酸钠作为固定化酵母细胞的载体材料。
对海藻酸钠固定化酵母酒精发酵工艺条件进行研究,得出固定化酵母发酵的最佳工艺参数为：发酵温度33℃、pH值4.5、摇床振荡频率150r/min、粒子填充率25％。最佳条件下的验证试验结果表明,酒精得率最高可达93.21％,发酵时间22h。