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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:洪慈雯
研究生(外文):chi-wen hung
論文名稱:利用光架橋樹脂固定酵母菌連續生產乙醇之研究
論文名稱(外文):The study utilized the photosensitized immobilization method for entrapment of yeast cells on using continuous fermentation process to produce ethanol
指導教授:劉富雄劉富雄引用關係
指導教授(外文):Fu-shung liu
學位類別:碩士
校院名稱:國立雲林科技大學
系所名稱:工業化學與災害防治研究所
學門:工程學門
學類:化學工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2000
畢業學年度:88
語文別:中文
論文頁數:60
中文關鍵詞:光架橋聚合固定化乙醇
外文關鍵詞:photosensitized polymerizationimmobilizationEthanol
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為了改善人們對有限資源(石油)過度依賴的能源體系,有鑑於此,許多人已開使著手致力於以醱酵酒精來取代石油,成為新世紀之能源主力。由於酒精不單是化學工業的基礎原料,更可作為汽油添加劑,提高其辛烷值,於近年來一片開發新能源及環境保護的呼聲中,酒精成為重要能源。雖說酒精以醱酵法生產較化學合成之成本為高,但全球食用酒精之總產量有80﹪仍是以醱酵法來生產,然而其主要的缺點為生產速率慢且終產物濃度低。但,醱酵酒精之原料來自於年年皆可再生的農林資源,只要有日光、空氣、水,此項能源便可源源不絕,不致於匱乏。
本研究乃是以光架穚固定化方法將一定量之酵母菌包蔽在親水性高分子格子型之薄膜中,以用來連續發酵生產酒精(乙醇)。而如何以連續化之發酵方法來生產高濃度、高產率的酒精乃是本研究的研究重點。
在光架穚固定化方面,則以Polyethylene glycol diacrylate(PED-dA)與2-hydroxyethyl methacrylate(HEMA)重量比為10:90,加入1%的Benzoin isopropyl ether(光增感劑)與0.167%乾酵母菌,取膜厚0.208mm,經UV光正反面皆照射15秒後,所得之酵母菌固定化膜於醱酵培養液中經醱酵後所得之酒精濃度最佳(可達酒精濃度12%)。
將固定化後之酵母菌膜進行批式持久性測試,可達45天以上。而連續式生產乙醇之連續裝置,以填裝40片固定化膜,設定流速0.6 ml/min,可醱酵出酒精濃度8.36%之乙醇,然而其酒精濃度仍無法像批式那般高,可能是由於連續流動之醱酵液在層內會回流,或有部份雜菌在管內滋長,進而導致醱酵液被稀釋而無法達到預期的結果。

Abstract
Since fossil fuels are nonrenewable energy sources, researchers are increasingly interested in utilizing fermented ethanol to substitute fossil fuels. Ethanol is not only a basic raw material in chemical industry, it is also used as a gasoline additive to increase its octane number. Recently, ethanol has become an important energy source while people are looking for an alternative energy source and also are serious about environmental protection concept. Although it cast more to produce ethanol using fermentation method than chemical synthesis, however, 80% of the world total beverage alcohol are produced using fermentation method. The main draw back of this method is that its production rate is slow and the concentration of the product is low. Nevertheless, it has it strong point, that is, it is made from a renewal resource so long as sunlight, air and water exist.
This study utilized the photosensitized immobilization method for entrapment of yeast cells in the cross-linked polymeric membrane. The immobilized yeast membrane was then used for ethanol production. This research lays emphasis on using continuous fermentation process to produce ethanol with high yield.
To carry out photosensitized polymerization experiment,1% of benzoin iospropyl ether (photosensitizer) and 0.167% of dry yeast cells were added to a mixture of polyethylene glycol diacrylate (PEG-Da) and 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA) at 10:90. After 15 sec of UV treatment on each side .The solidified membrane can be used for ethanol fermentation with relatively high yield.
Stability test on this membrane revealed that it can last for at least 45 days batch wisely. Using a continuous bio-reactor packed with 40 pieces of immobilized membrane and with a flow rate of 0.6 ml/min, the obtained ethanol has a concentration of 8.36 % which is lower than that obtained by batch fermentation. It may have been due to stagnant flow in the long column or due to microbial contamination.

中文摘要…………………………………….…………..………………….…...I
英文摘要…………………………………………….………………….………….Ⅱ
誌謝………………………………………………………….………....….…….Ⅲ
目錄………………………………………………………….……..…..….…….Ⅳ
表目錄…………………………………………………….……………..….…….Ⅶ
圖目錄……………………………………………….…………………..….…….Ⅷ
第一章 緒論
第二章 酵母概說及固定化理論
2.1 酵母之發酵機構歷史…………………….………………………………4
2.2 酵母之型態與構造…………………………….…………………………4
2.3 酵母之繁殖…………………………………………………………………5
2.4 酵母之分類………………………………………...………………………6
2.5 呼吸發酵與能源轉換…………………………….………………..………6
2.6 固定化理論…………………………………………….………………..10
第三章 實驗材料、設備及儀器原理
3.1 實驗藥品…………………………………………………….…..…………14
3.1.1菌體培養(固體培養基)
3.1.2菌體培養(液體培養基)
3.1.3發酵液
3.1.4固定化菌體
3.2 實驗儀器設備及裝置……………………………….…………………..15
3.3 儀器分析原理…………………………………………….……………..15
3.3.1 HPLC原理
3.3.2 RI偵檢器原理
3.3.3 生化分析儀
3.3.4 紫外光分光光度計
3.4 連續醱酵槽之設備裝置………………………………….……………..19
第四章 實驗步驟
※實驗流程..………………………………………….……………..……..……21
4.1 菌體培養……………………………………………………...….………..23
4.2 菌種生長曲線測試………………………………….…………………..23
4.3 菌種生殖速度測試…………………………………………...…………..24
4.4 環境測定…………………………………………….…………………..24
4.4.1 pH值
4.4.2 溫度
4.4.3 糖分濃度
4.5 生菌體固定化………………………………………..……………..…..25
4.5.1玻璃處理
4.5.2精餾HEMA
4.5.3不同光增感劑的影響
4.5.4不同UV光照射時間的影響
4.5.5不同PU diacrylate與HEMA重量比的影響
4.5.6不同膜厚的影響
4.5.7不同酵母菌量的影響
4.5.8不同Oligomer的影響
4.5.9不同Polyethylene glycol diacrylate與HEMA重量比的影響
4.5.10不同取代HEMA之MAA重量比的影響
4.5.11 菌體滲漏及雜菌之分析
4.6 固定化膜之環境測試…………………………………………………..30
4.6.1 pH值
4.6.2 溫度
4.7 固定化生菌體連續式生產酒精………………………….…..………….30
4.7.1不同數目的固定化膜裝填入連續式醱酵管內之分析
4.7.2 不同流速將醱酵液送入醱酵管中進行醱酵之分析
4.8 固定化膜之持久性測試………………………………………….……..31
4.8.1 批式之固定化膜的持久性測試
4.8.2 連續式之固定化膜的持久性測試
※ 發酵液之分析…………………………………………………………..32
第五章 結果與討論
5.1 HPLC標準品之測試…………………………………………………...33
5.2 生化分析儀之再現性測定…………………………………………….34
5.3 生菌體生長曲線圖…………………………………………………….35
5.4 環境測定-pH值之影響 …………………….……………………….36
5.5 環境測定-溫度之影響……………………………………………….37
5.6 環境測定-氧氣濃度之影響………………………………………….39
5.7 環境測定-糖分濃度之影響………………………………………….41
5.8 固定化實驗-不同光增感劑的影響………………………………….43
5.9 固定化實驗-不同UV光照射時間的影響…………………………..43
5.10 固定化實驗-不同PU diacrylate與HEMA重量比的影響…………44
5.11 固定化實驗-不同膜厚的影響……………………………………….45
5.12 固定化實驗-不同酵母菌量的影響………………………………….46
5.13 固定化實驗-不同Oligomer的影響…………………………………47
5.14 固定化實驗-不同PEG-dA與HEMA重量比的影響…………….……48
5.15 固定化實驗-不同取代HEMA之MAA重量比的影響. ………….….49
5.16 固定化實驗-菌體滲漏及雜菌分析………………………..….……..50
5.17 固定化膜之環境測試-不同p H值的影響…………….……..……..51
5.18 固定化膜之環境測試-不同溫度的影響……………..…….………..52
5.19 不同數目固定化膜填入連續式醱酵管內之分析.…………..….…….53
5.20 以不同流速將醱酵液送入醱酵管中進行醱酵之分析.……………….54
5.21 批式之固定化膜的持久性測試……………………... ………………….55
5.22 連續式之固定化膜的持久性測試………………………………..….56
5.23 固定化膜於批式與連續式操作下之比較…………………………….57
第六章 結論…………………………………………………..……….….....58
第七章 參考資料………………………………………….…………….….... 59

王三郎,1991.生物工學入門 初版 藝軒圖書出版社。127-134

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