《造紙污泥酶解發酵特性及資源化實現途徑》是依託華南理工大學，由朱明軍擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：造紙污泥酶解發酵特性及資源化實現途徑
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：朱明軍
- 依託單位：華南理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
以纖維素酶產生菌Clostridium thermocellum和五碳糖發酵菌種Thermoanaerobacterium saccharolyticum TS-6和Saccharomyces cerevisiae SHY07-1為材料，在造紙污泥同步糖化共發酵工藝建立的基礎上，進一步對五碳糖發酵菌種的酒精和造紙污泥的耐受性進行馴化，利用C. thermocellum纖維素酶研究造紙污泥的酶解發酵特性，揭示C. thermocellum纖維小體作用機制和造紙污泥酶解發酵的基本規律。在5L反應器培養系統中進一步對酶解發酵特性進行研究，建立發酵系統的計算流體動力學模型，對混合和熱量傳遞進行模擬，探索造紙污泥的酶解發酵資源化途徑。本項目不僅有可能闡述造紙污泥的酶解發酵規律，揭示C.thermocellum纖維小體催化機制，探索造紙污泥酶解發酵資源化途徑，而且在纖維素酒精示範方面具有重要意義。
結題摘要
造紙污泥是製漿和造紙工業廢水處理過程的固體殘渣，其纖維素和半纖維素顆粒細小，具有較大的比表面積，被認為是一種很有吸引力的生產酒精及其他生物化工產品的原料。在對三種不同來源的造紙污泥的成分進行測定，化學製漿污泥PS3灰分含量最低且葡聚糖含量最高,脫墨污泥PS1則相反,灰分含量較大,碳水化合物含量少。採用化學製漿工藝的污泥,除去水分和灰分含量,其碳水化合物含量約占50-80%,葡聚糖含量約占40-70%。研究不同工藝來源的造紙污泥的酶解條件和酶解特性，當PS3初始底物濃度為2%(w/v)時,水解72h，污泥糖化率可達到99.65%，當提高初始底物濃度至6.0%(w/v)並延長水解時間至144 h時，糖化率達到89.92%。在對五碳糖發酵菌種的酒精和造紙污泥耐受性馴化的基礎上，以SSCF工藝對造紙污泥的發酵特性進行研究，在底物濃度（以纖維素計）35g/L、纖維素酶添加量55FPU/g有效纖維素濃度、接種量6%、反應溫度37℃和搖床轉速200r/min條件下發酵72h，乙醇發酵效率達最大值95.97%。 以國際公認的Clostridium thermocellum作為試驗菌株，直接對造紙污泥的發酵特性進行研究，C.thermocellum能直接發酵未經任何預處理的造紙污泥，在化學製漿污泥中其乙醇產量最高達到7.41 g/L，纖維素酶活和木聚糖酶活最高分別達到1.92 FPU/mL和1.30 U/mL；在脫墨污泥里其發酵受到明顯的抑制，乙醇產量只有1.31 g/L，纖維素酶活和木聚糖酶活分別為1.64 FPU/mL和0.90 U/mL。C.thermocellum粗酶液纖維素酶最適溫度為60°C，最適pH為5.5；木聚糖酶最適溫度為70°C，最適pH為7.0，兩種酶都表現出較廣的金屬離子適應性。採用外源酒精脅迫的方法通過61代的連續傳代成功將C.thermocellum野生菌的酒精耐受性提高到5.0%。馴化菌在5 g/L纖維素底物的搖瓶培養後，乙醇產量為1.23 g/L，較野生菌提高了20.58%；以20 g/L纖維素為底物進行反應器培養，馴化菌的乙醇產量在96 h達到最高值為5.17 g/L，相較野生菌提高了28.93%，說明馴化過程對於C.thermocellum的乙醇產量有明顯的提高。 C.thermocellum馴化菌和產澱粉酶與木聚糖酶的Thermoanaeroba
