用固定麦酒酵母的甜高梁生物乙醇发酵的几个主要影响因素

        用于通过发酵的乙醇生产的原料可分为三类：糖、淀粉和纤维素物质。各种糖（来自甘蔗、甜菜、甜高果、糖蜜和水果）能直接转化为乙醇。淀粉（来自玉米、木薯、马铃薯和其他根作物）必须先用酶水解成为可发酵的糖。纤维素（来自木、农业残余物等）同样必须先用矿物酸等转化为糖。在糖生成后，来自微生物的酶容易把它们发酵成为乙醇。甜高梁是生产乙醇的一种原料，它是一种高生物质并且产糖的作物。甜高梁的秆含有可溶碳水化合物（葡萄糖和蔗糖）和不可溶碳水化合物（纤维素和半纤维素）。因此，在许多能源作物中，甜高梁是最有希望的作物中的一种，对乙醇生产尤其如此。



        在生物学反应器中，固定的微生物比自由的微生物，有许多好处。固定化的微生物能更有效力。因为在连续运行中可防止微生物被冲走。因此，为了维持生物学反应器中高微生物密度的微生物分隔和/或再循环，就不再需要这样生物学工艺过程可运行得更有效率。



        在发酵工艺过程中，有很多影响乙醇产出和发酵速率的因素，如发酵温度，搅动率、pH值，以及颗粒原料比率（固定化的酵母颗粒重量对发酵溶液重量的比率）。微生物固定化工艺改变了微生物的环境的、生理学的、生物形态学的特性以及催化活动。结果是自由酵母发酵同固定化酵母发酵是不同的。报告发表在《Bioresource  Technology》，2008年，No.4上的一个研究，探究了甜高梁秆汁被固定化的酵母发酵生成乙醇时，主要运行变量对乙醇产出和CO2重量损失率的影响。



        为了获得较高的乙醇产出和较快的乙醇发酵速率，在摇动试管进行正交实验。实验结果显示，乙醇发酵的最佳条件应是37℃的发酵温度，200rpm的搅动速率，25%的颗粒原料比率和5.0的pH值。验证实验在摇动试管和5L的生物学反应器进行。用摇动试管的验证实验显示，乙醇产出为98.0%，CO2重量损失速率为1.020g/h。用5L生物学反应器的验证实验显示，乙醇产出为93.24%，发酵时间为11小时。可以得出结论，正交实验所决定的最佳运行条件，是适合于用固定化麦酒酵母从甜高梁秆汁生产乙醇的。