纤维素燃料乙醇同步糖化发酵工艺课件

纤维素燃料乙醇同步糖化发酵工艺课件1纤维素燃料乙醇同步糖化发酵工艺纤维素燃料乙醇同步糖化发酵工艺乙醇质量部：李全乙醇质量部：李全纤维素燃料乙醇同步糖化发酵工艺乙醇质量部：李全2目录燃料乙醇发展前景燃料乙醇发展前景工艺流程工艺流程同步糖化发酵工艺同步糖化发酵工艺半连续发酵工艺半连续发酵工艺关键控制点及染菌防治关键控制点及染菌防治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3燃料乙醇发展前景燃料乙醇发展前景燃料乙醇发展前景4燃料乙醇的必要性燃料乙醇的必要性作为未来石油化工产品的替代品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减少温室气体排放，符合可持续发展要求原料来源广泛，可再生原料来源广泛，可再生取代对水质污染严重的取代对水质污染严重的MTBEMTBE纤维素乙醇在我国的优势纤维素乙醇在我国的优势不与民争粮，不与粮争地不与民争粮，不与粮争地调整农业产业结构调整农业产业结构便于收集，适合大规模工业化生产便于收集，适合大规模工业化生产改善玉米芯、秸秆焚烧带来的环境污染改善玉米芯、秸秆焚烧带来的环境污染减少汽车尾气中有毒物质的排放减少汽车尾气中有毒物质的排放能源危机能源危机粮食短缺粮食短缺环境污染环境污染多元化能源格局多元化能源格局资源丰富资源丰富清清 洁洁可再生可再生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5燃料乙醇的世界生产水平燃料乙醇的世界生产水平巴西巴西:约为约为12651265万万t/t/年年美国美国:800:800万万t/t/年年 中国中国:200:200万万t/t/年年欧盟欧盟:176:176万万t/t/年年印度印度:实际开工不到实际开工不到100100万万t/t/年年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。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燃料乙醇作为木质纤维素生物炼制的先锋产6Iogen Corporration（Canada）Pilot system scale:3000 ton/afeedstock:straw,grasses and corn stalksNational Renewable Energy Laboratory（America）Pilot system scale:300 ton/afeedstock:wood,strawTsukishima Kikai Co.,LTD.（Japan）Pilot system scale:100 ton/day feedstock:waste house wood河南天冠集团河南天冠集团(中石油中石油)年产年产3030万吨燃料乙醇生产线万吨燃料乙醇生产线 原料原料:薯干、鲜薯、木薯薯干、鲜薯、木薯安徽丰原集团（中粮生化）安徽丰原集团（中粮生化）年产：年产：37383738万吨乙醇万吨乙醇原料原料:薯干、鲜薯、木薯薯干、鲜薯、木薯Etek Etanol Teknik AB（Sweden）Pilot system scale:500 liter/dayfeedstock:willowIogen Corporration（Canada）Nati7纤维素乙醇在中国：纤维素乙醇在中国：中国石化、中粮集团联合丹麦诺维信中国石化、中粮集团联合丹麦诺维信（NovozymeNovozyme）公司，以燃料乙醇为目标产）公司，以燃料乙醇为目标产品进行研究开发，已在中粮集团建设品进行研究开发，已在中粮集团建设500500吨吨/年中试示范生产线。此外，河南天冠集团、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、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。燃料乙醇中试生产线。山东龙力生物科山东龙力生物科技股份有限公司成为国内第一家纤维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。素燃料乙醇定点生产企业。国内开展木质纤维素生物质糖关键技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、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。连物化所、广州能源所、青岛能源所）等。纤维素乙醇在中国：8工艺流程工艺流程工艺流程9工艺流程工艺流程纤维素酶制备同步糖化发酵产品分离纯化工艺流程纤维素酶制备同步糖化发酵产品分离纯化10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玉米芯6目滚筒筛目滚筒筛0.10.3%硫酸预处理硫酸预处理1.61.8%硫酸水解硫酸水解(蒸汽爆破蒸汽爆破)木糖渣木糖渣 水解液水解液木质素分离纯化木质素分离纯化 木糖分离纯化木糖分离纯化 脱木质素渣脱木质素渣 木质素木质素（纤维素含量（纤维素含量85%以上）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玉米芯11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）纤维素酶菌种（斜卧青霉）摇瓶培养摇瓶培养无菌空气无菌空气 一级菌种扩培一级菌种扩培木糖渣木糖渣 二级菌种扩培二级菌种扩培 配料及营养盐配料及营养盐 产酶发酵产酶发酵 纤维素酶纤维素酶 （内切酶，外切酶，（内切酶，外切酶，-葡萄糖苷酶）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 12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酵母活化 发酵罐空消灭菌发酵罐空消灭菌 投料投料 调调pH，控温，控温 加纤维素酶加纤维素酶 加酿酒酵母加酿酒酵母 补料补料 同步糖化发酵同步糖化发酵 温度，温度，pH，酸度，残糖检测，酸度，残糖检测 乙醇乙醇 酵母蛋白酵母蛋白 CO2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 13预处理技术纤维素酶制备同步糖化发酵产品分离纯化6、酵母蛋白1、食品级木糖2、高分子材料木质素3、纤维素酶4、燃料乙醇5、食品级CO2预处理技术纤维素酶制备同步糖化发酵产品分离纯化6、酵母蛋白114同步糖化发酵工艺同步糖化发酵工艺同步糖化发酵工艺15纤维素酶制备纤维素酶制备酶制剂车间酶制剂车间由六大系统组成由六大系统组成1、无菌空气系统、无菌空气系统2、循环水系统、循环水系统3、蒸汽系统、蒸汽系统4、消泡系统、消泡系统5、料液管路系统、料液管路系统6、自控系统、自控系统（温度电极、（温度电极、pH电极、溶电极、溶氧电极、消泡电极、搅拌氧电极、消泡电极、搅拌变频、通气自控）变频、通气自控）发酵罐结构及灭菌演示发酵罐结构及灭菌演示纤维素酶制备酶制剂车间发酵罐结构及灭菌演示16同步糖化发酵同步糖化发酵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酵母活化酒发酵罐区组成：酒发酵罐区组成：活化罐活化罐发酵罐发酵罐上料绞龙上料绞龙渣场渣场同步糖化发酵发酵罐空消一次投料加纤维素酶加脱木素渣加酿酒酵母17分批培养中微生物的生长分批培养中微生物的生长迟滞期迟滞期对数生长期对数生长期稳定稳定 期期死亡期死亡期时间时间酵母对数值酵母对数值分批培养中微生物的生长迟滞期对数生长期稳定 期死亡期时间酵母18迟滞期迟滞期对数生长期对数生长期稳定稳定 期期死亡期死亡期微生物生长分为：微生物生长分为：迟滞期、对数生长期、稳迟滞期、对数生长期、稳定期和死亡期定期和死亡期迟滞期：迟滞期：菌体没有分裂只有生长，因菌体没有分裂只有生长，因为当菌种接种入一个新的环为当菌种接种入一个新的环境，细胞内的核酸、酶等营境，细胞内的核酸、酶等营养物质被稀释，这时细胞不养物质被稀释，这时细胞不能分裂。是微生物适应环境能分裂。是微生物适应环境的过程的过程迟滞期对数生长期稳定 期死亡期微生物生长分为：迟滞期：19对数生长期：对数生长期：当细胞内的与细胞分裂相关的物质浓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数。这个时期称为对数生长期迟滞期迟滞期对数生长期对数生长期稳定稳定 期期死亡期死亡期细胞出芽率细胞出芽率出芽率是反应酵母菌体细胞旺盛与否、培养条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菌种用，成熟酒母醪中要求酵母细胞出芽率在2030，最低不得低于，最低不得低于15，出芽率过低，出芽率过低，则应查找原因，采取相应措施，以期提高出芽则应查找原因，采取相应措施，以期提高出芽率率。对数生长期：迟滞期对数生长期稳定 期死亡期细胞出芽率20图一图四图三图二图一：酵母结构图一：酵母结构图二：酵母出芽生殖、分裂生殖图二：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图四：光学显微镜下酵母形态图一图四图三图二图一：酵母结构21迟滞期迟滞期对数生长期对数生长期稳定稳定 期期死亡期死亡期随着细胞生长，培养液中的营养物减随着细胞生长，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，进入当细胞死亡速率大于生成速率，进入死亡期死亡期对于初级代谢产物，在对数生长期初对于初级代谢产物，在对数生长期初期就开始合成并积累，而次级代谢产期就开始合成并积累，而次级代谢产物则在对数生长期后期和稳定期大量物则在对数生长期后期和稳定期大量合成。合成。发酵产物乙醇属于次级代谢产物。在发酵产物乙醇属于次级代谢产物。在稳定期积累。稳定期积累。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22灭菌灭菌5m5m3 3料料酵母酵母和无和无机盐机盐无机无机盐和盐和促进促进剂剂满灌满灌测数测数温度30-32固形物10-13%通风/小时酸度0.5时，重新培养。时，重新培养。半连续发酵工艺关键控制点：29关键控制点及染菌防治关键控制点及染菌防治关键控制点及染菌防治30关键控制点 酵母数 外观糖 酸度 pH DE值 挥发酸 酒度 原料 /16 70%/满罐 /1617 3.54.0 /70%/活化罐 8500万 /0 /72h发酵醪发酵醪 /残还原糖残还原糖0.2%,8 残总糖残总糖0.5%温度：初期控温3234 ，中期控温3538 ，后期3436 关键控制点温度：初期控温3234 ，中期控温353831杂菌污染的因素及其处理办法杂菌污染的因素及其处理办法1 1污染因素污染因素 酒母醪杂菌污染的主要因素在以下几个方面，原菌种不纯，酒母醪杂菌污染的主要因素在以下几个方面，原菌种不纯，培养酒母的设备、管道及原料灭菌不彻底，违章操作，酒母培养温度太培养酒母的设备、管道及原料灭菌不彻底，违章操作，酒母培养温度太高，高，pHpH不当，培养时间过长等。当采用通风培养酒母时，还可能由于空不当，培养时间过长等。当采用通风培养酒母时，还可能由于空气净化系统失去作用，带入杂菌而污染。气净化系统失去作用，带入杂菌而污染。2 2处理办法处理办法 加强工艺管理，避免杂菌污染，严格按照工艺要求办事，加强工艺管理，避免杂菌污染，严格按照工艺要求办事，加强对设备、管道、酒母培养的配料，空气净化系统的灭菌，使培养酒加强对设备、管道、酒母培养的配料，空气净化系统的灭菌，使培养酒母的环境基本上能成为无菌状态。控制好适宜的温度、母的环境基本上能成为无菌状态。控制好适宜的温度、pHpH值，保证正常值，保证正常的培养时间。的培养时间。3 3、对于污染严重的，就必须重新制备酒母，可将污染的酒母醪进行彻底、对于污染严重的，就必须重新制备酒母，可将污染的酒母醪进行彻底灭菌后，送入发酵罐，作为发酵料使用灭菌后，送入发酵罐，作为发酵料使用杂菌污染的因素及其处理办法32日本工业技术院发酵研究所多年来发酵染菌原因分析日本工业技术院发酵研究所多年来发酵染菌原因分析 项目项目 百分率百分率%种子带菌或怀疑种子带菌种子带菌或怀疑种子带菌 9.64接种时罐压跌零接种时罐压跌零 0.19培养基灭菌不透培养基灭菌不透 0.79总空气系统有菌总空气系统有菌 19.96泡沫冒顶泡沫冒顶 0.48夹套穿孔夹套穿孔 12.36盘管穿孔盘管穿孔 5.89接种管穿孔接种管穿孔 0.39阀门渗漏阀门渗漏 1.45搅拌轴密封渗漏搅拌轴密封渗漏 2.09罐盖漏罐盖漏 1.54其它设备渗漏其它设备渗漏 10.13操作原因操作原因 10.15 原因不明原因不明 24.94日本工业技术院发酵研究所多年来发酵染菌原因分析33产品分离纯化产品分离纯化发酵工段主要产品：发酵工段主要产品：无水乙醇、无水乙醇、CO2、酵母蛋白酵母蛋白产品分离纯化发酵工段主要产品：34纤维素燃料乙醇同步糖化发酵工艺课件35