当前世界环境

介绍

全世界越来越多的能源需求anddeCreasing化石水库导致了替代燃料开发的复兴，必须是可再生和环保的。与化石燃料不同，乙醇是通过发酵糖产生的可再生能源。乙醇可以由各种生物量和各种生物量中产生;木质纤维素生物量来源丰富，经济的资源，可作为大规模乙醇生产来源。¹木质纤维素生物质来源包括:农业废物、工业废物、林业废物和城市固体废物等。²棉花收获后留下的棉茎是木质纤维素农业废物的一个例子之一。全球约有3200万公顷的棉花种植区，在该国约有1000万公顷。^3.由于棉花茎是棉田作物的副产品;印度具有丰富的这种木质纤维素生物量来源。目前研究的目的是评估乙醇生产从碱预处理和酶促水解的棉秆通过起诉培养物的潜力SaccharomycesceRevisiae.和Pachysolentannophilus．

材料和方法

原料收集

棉(gossypiumhirsutumNHH44）在本研究中悄悄地从农民领域收获了Marathwada地区的材料。

身体预处理

由不同不需要的残留物组成的棉茎通过切碎，然后用实验室搅拌机进行碎片，脱盖，扣除和研磨，达到1mm粒径并储存在紧密密封的塑料袋中。

组成分析

生物量饲料库存的主要部分由碳水化合物组成，这些碳水化合物是本质上的多糖。这些碳水化合物子单元通过HPLC（黄道带Ltd）量化使用实验室分析proceure-002（LAP-002），NRER标准协议（国家可再生能源实验室）。⁴木质素也根据NREL程序确定。

碱性预处理和酶解

通过遵循先前研究研究的指导来进行碱预处理和酶水解。⁵

碱性预处理

通过在10％（w / v）的底物负载下处理2％NaOH来进行碱预处理，并将烧瓶在121℃下灭菌60分钟^oC.预处理后，通过以10000rpm离心将生物质与氧化液分离10分钟，并从每种样品中分别收集上清液（黑液）以进行木质素的定量检测。用蒸馏水反复洗涤脱氧化物质，直至使中性pH变成中性pH并在60℃下干燥^oC并储存进一步研究。⁶

酶水解

使用从Sisco Research Lableatories PVT购买的商业纤维酶进行预处理的生物质的酶水解。印度孟买有限公司。将预处理的棉茎与50mM乙酸盐缓冲液（pH4.8）中的5％固体加载孵育，用100cmc（甘油甲基纤维素）单位酶，并在50℃温育^oC为150 rpm，72小时。温育后，将样品以5000rpm在5000rpm中离心10分钟，并将上清液作为发酵糖收集。

棉花秸秆酶水解产物的发酵

通过使用进行棉茎的解毒水解产物的发酵酿酒酵母MTCC 36和Pachysolen tannophilusMTCC 1077从Microbial型文化系列中购买，Imtech，Chandigarh，印度。冻干培养物酿酒酵母和Pachysolen tannophilus在酵母和麦芽提取物（YM）培养基上单独活化。通过加入0.3％酵母提取物，0.3％麦芽提取物，0.5％蛋白胨和1％葡萄糖在蒸馏水中制备培养基。将培养基的pH调节至6.5。⁷酵母细胞在30℃的有氧条件下生长^oC在旋转振荡器培养箱上，120rpm 48小时或直至培养部分覆盖烧瓶底部。完全活化的酵母细胞被主动转移到YM琼脂平板上并使其在30℃下生长^oC处理48小时，显微镜下检查分离菌落的纯度。

剂制备

在解毒水解产物溶液中制备inoculum，其补充有0.5％酵母提取物，1％蛋白胨和pH为5.5％。通过离心收获的酵母细胞在接种物中加入并在旋转振荡器培养箱上孵育150rpm^oC为24小时⁸并且有氧地生长以促进水解产物中酵母细胞的健康生长，并用作接种物用于发酵。接种物的体积再次设定为用于发酵的总体积。为了量化细胞质量，将每种悬浮液中的一毫升等分试样进行连续稀释至10⁵通过加入0.3％酵母提取物，0.3％麦芽提取物，0.5％蛋白胨，1％葡萄糖和2.5％琼脂，将100μl稀释的培养物散到YM琼脂平板上。^oC对于48小时，达到酵母菌落，以确保每次接种留在约6.0×10⁷CFU / mL对应于10g干重/升。

纯水解棉秸秆的乙醇制作

从酶水解中获得的滤滤液作为发酵的唯一碳源，并补充0.1％（w / v）酵母提取物，蛋白胨，Nh₄cl，kh.₂宝₄0.05% (w/v) MgSO₄.7h.₂O, MnSO₄, CaCl₂.2H.₂O, FeCl_3..2H.₂o和znso.₄在250毫升Erlenmeyer烧瓶中。在半氧化模式（含有150ml发酵培养基的250ml Erlenmeyer烧瓶）中进行发酵，具有pH5.5并在110次灭菌^oC 20分钟。⁹用10％的共同培养接种烧瓶SaccharomycesceRevisiae.和Pachysolentannophilus浓度分别为6%和4%。烧瓶用铝箔密封，在120转/分的旋转振动筛上培养24小时，然后保持在30转/分的静态模式^oC为96小时。在12小时的间隔下一次从每个烧瓶中除去样品，并分析乙醇，残留糖和细胞生物质浓度。

乙醇，残留糖和细胞生长的测定

将发酵过程中获得的样品转移以预先加长的离心管，并在4℃下以10000rpm离心10分钟^oC.收集上清液并分析肉汤中乙醇和残留糖的浓度，同时用蒸馏水反复洗涤球团，并在60℃热风烘箱中烘干^oC直到恒定重量。¹⁰

分析方法

应用于进行研究的分析工具和方法如下。

总还原糖

在适当的稀释后，通过米勒的DNS（3,5-二二硝基环酸）法测定可发酵糖的溶解。¹¹

气相色谱乙醇估计

在每个实验后，将部分上清液通过0.22μm醋酸纤维素过滤器过滤，并通过气相色谱（Shimadzu Japan）分析。所有分析都根据NRER（国家可再生能源实验室）程序圈＃011使用ZB-WAX列（30mm×0.25mm）进行火焰电离检测器。¹²

统计分析

统计分析由统计数据统计局开发的软件MAUSTAT统计分析，由统计数据，普罗桑金马拉斯法州农业大学，Parbhani，Maharashtra，印度。

结果和讨论

棉秆的组成分析T

他的主要化学成分的棉茎是纤维素，半纤维素和木质素，但它们的浓度根据生长位置，收获方法以及分析程序而变化。¹³棉秆（gossypiumhirsutum在本研究中使用的是由42％的聚糖和22％的木聚糖组成，而半纤维素的其他成分均为非常小的比例。木质素含量为24.18％。我们的结果与早些时候报告的结果相和谐。^6,14,15.

碱性预处理和酶解

碱性预处理显着脱氧性棉茎，并增加了残留预处理生物质中的糖浓度。由于可能的高血糖产量和应用现代生物技术工具来降低成本，长期可以长期提供巨大的益处生物质的巨大益处。¹⁶结果报告称，当在121时对底物负载的棉茎粉末负载较10％（w / v）进行2％NaOH^oC蒸汽爆炸蒸汽消毒器60分钟明显去除木质素的0.201 g / g的生物量和当这delignified生物质受到酶水解孵化与5%固体装载50毫米醋酸缓冲(pH值4.8)和暴露100 CMC(羧甲基纤维素)单位的酶浓度(每克生物质)在50岁^oC为150 rpm，72小时，每克浓度为24.5克/升浓度0.49克可发酵糖。⁵最后，将获得的棉茎酶水解产物用作乙醇生产的唯一碳源。

共同培养的棉茎酶水解产物发酵酿酒酵母和Pachysolen tangophi.逻辑单元

将优化后的碱法预处理和酶解棉秆得到的糖溶液经固定参数发酵分析生物乙醇生产潜力，同时采用乙醇浓度等3个分析参数对所有实验设置的结果进行评价发酵液、底物利用及细胞质量的增长。结果的可靠性通过方差分析进行统计检验。手术在30岁时进行^oC，使用含有150ml发酵液（半好氧性质）的250ml Erlenmeyer烧瓶，该液体加入棉茎水解产物，作为糖浓度为24.5g / l的含碳源。加入10％接种物（6％）开始发酵（6％SaccharomycesceRevisiae.4％Pachysolentannophilus）并在前24小时搅拌，然后在静态模式下保持高达96小时。从06小时开始撤回样品，然后在单独的烧瓶中每12小时的时间间隔并进行分析。

在表1中提出统计分析后获得的所得数据。表明，在孵育的前6小时内未检测到乙醇，而糖消耗和细胞质量浓度分别以18.56％和2.42g / L的速率开始。至于乙醇产量是关注的，它从12小时开始，放出0.86g / L，如图1所示。其对应于0.017g / g天然棉茎的产率，0.27g / g全纤维素和0.35g/ g的可发酵糖和连续增加48小时的培养，最终记录最大的乙醇产量在48小时内，产生9.56克/克的生物质，0.298g / g的半纤维素和0.392g /.G的可发酵糖，超出其乙醇浓度保持恒定并且显示出轻微的落下，主要是由于反馈抑制或分解代谢抑制。孵育48小时的发酵效率被记录为76.85％，而酵母培养物有效地消耗了97％的水解糖，如图3所示。同时细胞质量浓度也增加了36小时的孵育（12.14g /l）并且在没有观察到没有重大变化之后。此外，在没有酶（对照）的预处理样品的水解产物中没有检测到乙醇，因为没有可发酵的糖。有趣的是，它被观察到，随着共培养用于发酵，但在生长和生产期间没有观察到尿苷生长模式。这些发现与报告报告的结果和谐，通过使用热耐耐耐热，碱处理棉秸秆的同时同时糖化和乙醇产率的发酵分别为19.48g / L和0.21g / g生物量。Pichiakudriavzevii霍普1。¹⁷

图1：通过共培养的酶促水解棉秆的时间对乙醇发酵的影响酿酒酵母和Pachysolen tannophilus 点击此处查看数字

图2:时间对乙醇产量的影响 乙醇发酵酶促水解 通过共同培养的棉秆酿酒酵母 酿酒酵母和Pachysolen tannophilus 点击此处查看数字

图3:时间对发酵和 在乙醇过程中糖的消耗效率 从Enzy Hatically Sedcotton发酵 合作文化秸秆酿酒酵母 和Pachysolen tannophilus 点击此处查看数字

表1：酶促酶促生产 通过使用共培养的水解棉茎 酿酒酵母和Pachysolentannophilus 点击此处查看表格

结论

结论，从棉茎的酶水解产物的最大乙醇生产在孵育48小时内记录，其乙醇浓度为9.56g / L，产率为0.191g / g生物质，0.298g / g全纤维素和0.392g /g可发酵的糖。发酵和糖消耗效率分别记录为76.85％和97.81％。乙醇产量受各种因素的影响，包括底物浓度，CO培养环境中的细胞活性和pH值，温度，时间等等反应条件，这项研究可以作为可持续能源发展的一步之一在流程优化方面需要努力使过程更加可行。

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