稻草秸稈降解中生物表面活性劑的增效作用及發(fā)酵新工藝

【摘要】： 能源危機的出現(xiàn)使利用木質(zhì)纖維素類物質(zhì)生產(chǎn)燃料酒精成為目前國內(nèi)外研究的熱點。鑒于木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)的高度復(fù)雜性以及纖維素酶的難回收性,將木質(zhì)纖維素水解成還原糖成為生產(chǎn)燃料酒精的限速步驟。本文即圍繞這一限速水解步驟展開研究,旨在最大限度地提高還原糖產(chǎn)量。針對上海地區(qū)特殊的農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu),本文選擇稻草秸稈為目標降解物,利用微生物水解稻草秸稈生成還原糖,為后續(xù)的燃料酒精生產(chǎn)提供前提條件。 通過纖維素剛果紅平板初篩以及測定酶活值復(fù)篩,從菜地、腐爛的樹根及朽木周圍的土壤中篩選出了一株高效稻草降解真菌ZM-4。以ZM-4為出發(fā)菌株,通過紫外-硫酸二乙酯復(fù)合交替誘變得到高效突變株—里氏木霉ZM4-F3。利用里氏木霉ZM4-F3降解稻草秸稈,發(fā)現(xiàn)其所產(chǎn)纖維素酶酶活、產(chǎn)還原糖量、稻草降解率以及纖維素降解率均比出發(fā)菌株ZM-4有顯著提高。經(jīng)6代連續(xù)培養(yǎng),ZM4-F3仍能保持較高及較穩(wěn)定的纖維素酶活性,適用于工業(yè)生產(chǎn)。 利用氫氧化鈉對稻草秸稈進行預(yù)處理,探討了預(yù)處理的最優(yōu)條件,并利用掃描電鏡觀察了稻草秸稈預(yù)處理前后的形貌。通過三因素四水平的正交實驗,優(yōu)化出里氏木霉ZM4-F3水解稻草秸稈的最佳條件,并利用氣相色譜對稻草秸稈水解后的還原糖組成成分進行了詳細分析。 鑒于表面活性劑可對纖維素水解起增效作用,本文經(jīng)藍色凝膠平板初篩及測定表面張力值復(fù)篩,從長期被汽油污染的土壤中篩選出了一株生物表面活性劑產(chǎn)生菌BSZ-07。經(jīng)生理生化鑒定、掃描電鏡分析以及16SrDNA序列分析,初步確定其為銅綠假單胞菌。通過四因素三水平的正交實驗,優(yōu)化出BSZ-07的最優(yōu)產(chǎn)劑條件。研究發(fā)現(xiàn),BSZ-07能在較長時間內(nèi)使發(fā)酵液保持較好的乳化穩(wěn)定性,因此是一株較優(yōu)良的生物表面活性劑產(chǎn)生菌。經(jīng)傅立葉紅外光譜分析、核磁共振分析及元素分析,初步確定BSZ-07所產(chǎn)生物表面活性劑為鼠李糖脂。 向稻草降解體系中添加鼠李糖脂生物表面活性劑以提高其酶解產(chǎn)糖量,并實現(xiàn)了鼠李糖脂的在線生產(chǎn)添加方式。由于在線生產(chǎn)添加方式省去了鼠李糖脂的提純這一復(fù)雜工藝,因而可有效降低鼠李糖脂的生產(chǎn)成本。鼠李糖脂的在線添加通過里氏木霉ZM4-F3與銅綠假單胞菌BSZ-07的兩階段共水解新工藝實現(xiàn)。探討了兩階段共水解新工藝的最優(yōu)工藝條件,結(jié)果表明,兩階段共水解樣品不僅能提高產(chǎn)糖量及稻草降解率,還能有效縮短達最大產(chǎn)糖量及最大稻草降解率的時間。 最后,初步探討了鼠李糖脂生物表面活性劑對稻草秸稈降解起增效作用的機制。研究結(jié)果表明,添加鼠李糖脂后β-葡萄糖苷酶活性的增加、Cel7A酶穩(wěn)定性的提高、底物表面電荷密度的增大以及鼠李糖脂在木質(zhì)素表面的吸附可能是其對稻草秸稈降解過程產(chǎn)生增效作用的主要機制。 【關(guān)鍵詞】：稻草秸稈 水解 里氏木霉 鼠李糖脂 在線生產(chǎn)
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號】：X712
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-18
• 第1章 緒論18-41
• 1.1 生物燃料酒精研究現(xiàn)狀18-21
• 1.1.1 生物質(zhì)能研究概況18-19
• 1.1.2 燃料酒精研究概況19-20
• 1.1.3 木質(zhì)纖維素原料生產(chǎn)燃料酒精的主要步驟20-21
• 1.2 秸稈類纖維素生物降解的研究進展21-31
• 1.2.1 秸稈類纖維素的利用方式21-22
• 1.2.2 稻草秸稈的結(jié)構(gòu)22-23
• 1.2.3 稻草秸稈的預(yù)處理方式23-24
• 1.2.4 高效纖維素降解菌的選育24-28
• 1.2.5 纖維素酶的研究進展28-31
• 1.3 生物表面活性劑的研究進展31-38
• 1.3.1 表面活性劑的分類31
• 1.3.2 生物表面活性劑的種類及特點31-33
• 1.3.3 生物表面活性劑產(chǎn)生菌的選育33-34
• 1.3.4 影響生物表面活性劑生產(chǎn)的因素34-35
• 1.3.5 生物表面活性劑的提取方法35
• 1.3.6 生物表面活性劑的應(yīng)用及發(fā)展前景35-37
• 1.3.7 表面活性劑對纖維素生物降解過程的影響37
• 1.3.8 表面活性劑對木質(zhì)纖維素生物降解產(chǎn)生影響的機理研究37-38
• 1.4 課題研究目的、意義及主要內(nèi)容38-41
• 1.4.1 研究目的及研究意義38-39
• 1.4.2 研究內(nèi)容39-41
• 第2章 實驗材料、方法與設(shè)計41-55
• 2.1 實驗材料41-44
• 2.1.1 實驗儀器41-42
• 2.1.2 實驗試劑42
• 2.1.3 實驗用培養(yǎng)基42-43
• 2.1.4 稻草原料及菌種來源43-44
• 2.2 實驗方法44-48
• 2.2.1 稻草降解菌的篩選方法44
• 2.2.2 稻草降解菌的誘變方法44-45
• 2.2.3 生物表面活性劑產(chǎn)生菌的篩選方法45-46
• 2.2.4 菌種鑒定方法46-47
• 2.2.5 生物表面活性劑的提取及結(jié)構(gòu)分析方法47-48
• 2.3 實驗分析項目及分析方法48-51
• 2.3.1 微生物形態(tài)觀察法48
• 2.3.2 細胞生長情況測定48-49
• 2.3.3 纖維素酶酶活測定方法49
• 2.3.4 氣相色譜分析稻草秸稈水解液中還原糖組成49-50
• 2.3.5 Cel7A 酶的穩(wěn)定性分析50
• 2.3.6 其它各指標分析方法50-51
• 2.4 實驗設(shè)計51-55
• 2.4.1 稻草秸稈的預(yù)處理條件優(yōu)化實驗51-52
• 2.4.2 稻草降解菌降解稻草秸稈實驗52
• 2.4.3 正交實驗優(yōu)化稻草秸稈的水解條件52
• 2.4.4 生物表面活性劑產(chǎn)生菌產(chǎn)生物表面活性劑實驗52-53
• 2.4.5 正交實驗優(yōu)化生物表面活性劑產(chǎn)劑性能53
• 2.4.6 兩階段共水解新工藝實驗設(shè)計53-55
• 第3章 稻草降解菌的篩選及誘變選育55-74
• 3.1 稻草降解菌的篩選55-56
• 3.1.1 初篩結(jié)果55-56
• 3.1.2 復(fù)篩結(jié)果56
• 3.2 ZM-4 的鑒定56-57
• 3.3 ZM-4 降解稻草秸稈最優(yōu)水解條件的研究57-63
• 3.3.1 最優(yōu)碳源的確定57-58
• 3.3.2 最優(yōu)氮源的確定58-60
• 3.3.3 最優(yōu)溫度的確定60-61
• 3.3.4 最優(yōu)初始pH 值的確定61-63
• 3.4 ZM-4 的生長及產(chǎn)還原糖情況63-65
• 3.4.1 ZM-4 的生長曲線63-64
• 3.4.2 培養(yǎng)時間對ZM-4 產(chǎn)糖情況的影響64-65
• 3.5 稻草降解菌的誘變選育65-69
• 3.5.1 紫外線最佳照射時間的選擇65
• 3.5.2 硫酸二乙酯（DES）最佳處理時間的選擇65-67
• 3.5.3 高效稻草降解菌突變株的初篩67-68
• 3.5.4 高效稻草降解菌突變株的復(fù)篩68-69
• 3.6 ZM4-F3 產(chǎn)纖維素酶酶系組成分析69
• 3.7 ZM4-F3 與ZM-4 降解稻草對照實驗69-72
• 3.7.1 ZM4-F3 與ZM-4 產(chǎn)還原糖量對比69-70
• 3.7.2 ZM4-F3 與ZM-4 的纖維素降解率對比70-71
• 3.7.3 ZM4-F3 與ZM-4 的稻草降解率對比71-72
• 3.8 ZM4-F3 產(chǎn)酶穩(wěn)定性分析72
• 3.9 本章小結(jié)72-74
• 第4章 誘變株里氏木霉ZM4-F3 降解稻草的研究74-88
• 4.1 稻草秸稈堿法預(yù)處理條件的優(yōu)化74-77
• 4.1.1 氫氧化鈉濃度的選擇74-75
• 4.1.2 預(yù)處理溫度的選擇75-76
• 4.1.3 預(yù)處理時間的選擇76-77
• 4.2 預(yù)處理前后稻草秸稈的成分及形貌變化77-79
• 4.2.1 預(yù)處理前后稻草秸稈化學(xué)成分的比較77-78
• 4.2.2 預(yù)處理前后稻草秸稈的形貌分析78-79
• 4.3 正交實驗優(yōu)化ZM4-F3 水解稻草秸稈的條件79-81
• 4.4 氣相色譜測定稻草秸稈水解產(chǎn)物中還原糖組分81-84
• 4.4.1 葡萄糖及木糖標準曲線的繪制81-82
• 4.4.2 稻草秸稈水解產(chǎn)物中還原糖組分分析82-84
• 4.5 最優(yōu)條件下稻草秸稈水解后的濾紙酶活及降解率84-85
• 4.5.1 最優(yōu)條件下稻草秸稈水解后的濾紙酶活84
• 4.5.2 最優(yōu)條件下稻草秸稈水解后的降解率84-85
• 4.6 稻草秸稈降解前后的形貌分析85-86
• 4.7 本章小結(jié)86-88
• 第5章 生物表面活性劑產(chǎn)生菌的篩選及其產(chǎn)劑性能研究88-104
• 5.1 生物表面活性劑產(chǎn)生菌的篩選88-90
• 5.1.1 初篩88-89
• 5.1.2 復(fù)篩89-90
• 5.2 BSZ-07 的鑒定90-94
• 5.2.1 生理生化鑒定90-91
• 5.2.2 掃描電鏡（SEM）鑒定91
• 5.2.3 16SrDNA 鑒定91-94
• 5.2.4 鑒定結(jié)果94
• 5.3 銅綠假單胞菌BSZ-07 最優(yōu)產(chǎn)劑條件的研究94-95
• 5.4 BSZ-07 的生長及產(chǎn)劑性能95-97
• 5.4.1 BSZ-07 的生長曲線95-96
• 5.4.2 BSZ-07 發(fā)酵液的表面張力96
• 5.4.3 BSZ-07 發(fā)酵液的乳化穩(wěn)定性96-97
• 5.5 生物表面活性劑的提取及結(jié)構(gòu)分析97-101
• 5.5.1 生物表面活性劑的提取97-98
• 5.5.2 生物表面活性劑的FTIR 分析98
• 5.5.3 生物表面活性劑的NMR 分析98-101
• 5.5.4 生物表面活性劑的元素分析101
• 5.6 鼠李糖脂的生產(chǎn)101-102
• 5.7 本章小結(jié)102-104
• 第6章 鼠李糖脂的在線生產(chǎn)添加對稻草秸稈降解的增效作用及機制探討104-117
• 6.1 鼠李糖脂在線生產(chǎn)添加的最優(yōu)條件104-107
• 6.1.1 最優(yōu)溫度的選擇105
• 6.1.2 最優(yōu)pH 值的選擇105-106
• 6.1.3 最優(yōu)接種量比例的選擇106-107
• 6.2 兩階段共水解新工藝的產(chǎn)糖量及稻草降解率分析107-109
• 6.2.1 兩階段共水解新工藝的還原糖產(chǎn)量107-108
• 6.2.2 兩階段共水解新工藝的稻草降解率108-109
• 6.3 不同種類的表面活性劑對稻草秸稈降解增效的影響比較109-110
• 6.4 鼠李糖脂對稻草秸稈降解增效的機制探討110-115
• 6.4.1 鼠李糖脂對纖維素酶酶系的影響110-111
• 6.4.2 鼠李糖脂對 Cel7A 酶穩(wěn)定性的影響111-112
• 6.4.3 鼠李糖脂對纖維素及菌體表面電荷密度的影響112-114
• 6.4.4 鼠李糖脂對不同木質(zhì)素含量的木質(zhì)纖維素水解的影響114-115
• 6.5 本章小結(jié)115-117
• 結(jié)論117-120
• 參考文獻120-131
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文131-132
• 申請專利情況132-134
• 致謝134-135
• 個人簡歷135

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化學(xué)發(fā)光法測定天麻素    龐志功,汪寶琪,劉萬(冖斗)

羰基硫在氫氧化鈉水溶液中的水解動力學(xué)    張成芳,欽淑均,鄭志勝,劉潤靜

纖維素物質(zhì)硫酸水解工藝續(xù)評(英文)    小林達吉,小川博嗣

碲酚酯的堿式水解反應(yīng)    胡甫君,邱玫,周洵鈞

蛋氨酸的合成    盧會杰,宋毛平,廖新成,周正民

敵敵畏的簡易制法    陳宛青

以乙醇為碳源生產(chǎn)鼠李糖脂生物表面活性劑    辛明秀;李倩;宋子煜;

酶法糖化玉米芯發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的研究    趙晶;陳明;張靖方;夏黎明;

里氏木霉RUTC-30生產(chǎn)半纖維素酶    

產(chǎn)纖維素酶真菌的基因組研究進展    周志華;曲音波;王成樹;王升躍;趙國屏;

熱酸菌(Acidothermus cellulolytics)內(nèi)切酶E1在里氏木霉(Trichoderma reesei)內(nèi)的異源表達效率的研究    鄒根;石少華;江艷萍;陳玲;張珺;王成樹;周志華;

一株高產(chǎn)鼠李糖脂菌株的分離鑒定及其相關(guān)基因的克隆與表達    崔長征;曾馳;張甲耀;沈萍;

氮雜穴醚雙核鋅配合物催化酯類水解    姚加;魯統(tǒng)部;

里氏木霉纖維素酶系列基因在畢赤酵母中的高效表達    邢苗;劉剛;湯新;張煜;

油田廢水脫鹽用于生物表面活性劑鼠李糖脂的發(fā)酵    張國亮;左文蕊;孟琴;湯曉;

里氏木霉纖維素酶基因的改造和表達    邢苗;劉剛;余少文;湯新;張煜;

中國在線生產(chǎn)自潔凈玻璃企業(yè)出爐    本報記者 鄧新靈

將節(jié)能進行到底    筱彤

耀華低輻射玻璃在線生產(chǎn)技術(shù)通過鑒定    李學(xué)鋒 周寶龍

我國卷煙工業(yè)企業(yè)調(diào)減到31家    本報記者 王健生

和順：興水解民憂    本報記者 崔振海

在線Low-E玻璃加工難題及解決方案    劉起英 李會

耀華成功生產(chǎn)在線自潔凈玻璃    記者 劉榮慧 特約記者 魯大學(xué) 李學(xué)鋒 焦建平

耀華駛?cè)搿疤柲軙r代”    記者　吳新光

企業(yè)期待實現(xiàn)“一致性”    本報記者 孫紅

企業(yè)造假 帶來損失3億多元 出口解禁 稻草行業(yè)重現(xiàn)生機    記者閻平、王振宏

稻草秸稈降解中生物表面活性劑的增效作用及發(fā)酵新工藝    張秋卓

里氏木霉銅代謝相關(guān)基因克隆與功能分析    傅科鶴

以餐飲廢油為碳源的鼠李糖脂發(fā)酵及其應(yīng)用研究    章宏梓

鼠李糖脂作用下17α-炔雌醇在水/底泥中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律及生物有效性    郭艷平

鼠李糖脂對疏水性有機污染物降解的影響研究    劉智峰

稻草秸稈的預(yù)處理及生產(chǎn)乙醇的研究    孫萬里

鼠李糖脂強化石油污染土壤植物—微生物聯(lián)合修復(fù)研究    李琦

稻草秸稈的堿法氧化預(yù)處理方法研究    李輝勇

里氏木霉FS10-C強化修復(fù)銅污染土壤的研究    田曄

鼠李糖脂的制備及其在修復(fù)多氯聯(lián)苯污染土壤中的應(yīng)用    馬滿英

里氏木霉纖維素酶的液態(tài)深層發(fā)酵生產(chǎn)及其應(yīng)用的研究    楊曉輝

鼠李糖脂發(fā)酵分離工藝研究    朱零青

產(chǎn)鼠李糖脂菌株的選育及其發(fā)酵條件的優(yōu)化    趙晨

里氏木霉中表達質(zhì)粒的構(gòu)建及中性纖維素酶基因的表達    呂丹丹

鼠李糖脂改變石油烴降解菌表面疏水性的機制研究    馬小玲

稻草秸稈超低酸水解機理及水解動力學(xué)研究    李自豪

里氏木霉外切葡聚糖酶Ⅰ基因的克隆和生物信息學(xué)分析    趙靜

用于大豆膳食纖維改性的里氏木霉工程菌的構(gòu)建    閆作梅

鼠李糖脂對三氯生在水/底泥中分配的作用    林暉

鋅指蛋白和啟動子對里氏木霉基因表達的影響    林濤