篩選高效半纖維素降解菌及利用秸稈發(fā)酵酒精研究

【摘要】：近些年來,由于化石燃料消耗逐漸殆盡,生物乙醇燃料得到了快速的發(fā)展。糧食類物質(zhì)如玉米用于生物乙醇生產(chǎn)給世界糧食供應(yīng)造成了沉重負(fù)擔(dān)。非糧食物質(zhì)如木質(zhì)纖維素被認(rèn)為是理想的用于生物乙醇生產(chǎn)的底物。生物乙醇生產(chǎn)工業(yè)過程獲得最大收益的先決條件在于將木質(zhì)纖維素水解產(chǎn)物中的六碳糖和五碳糖完全和高效的轉(zhuǎn)化為生物乙醇。提高秸稈中的纖維素和半纖維素的利用率,關(guān)鍵是獲取高產(chǎn)纖維素酶和半纖維素酶的菌種以及對(duì)其發(fā)酵工藝研究。 國內(nèi)外在纖維素酶生產(chǎn)、纖維素轉(zhuǎn)化燃料乙醇的研究方面取得了較大進(jìn)展,而有關(guān)于半纖維素酶、半纖維素轉(zhuǎn)化燃料乙醇的研究相對(duì)較少。本課題以篩選高效的半纖維素降解菌為出發(fā)點(diǎn),從水稻田田邊腐質(zhì)土壤、腐爛的竹葉、樹葉、牛糞、菜園地旁腐爛草堆、腐質(zhì)土壤及水稻田內(nèi)腐爛稻草等樣品中經(jīng)過富集培養(yǎng)和分離純化,共篩選到半纖維素降解菌42株,其中細(xì)菌37株,真菌5株。再根據(jù)秸稈降解率和半纖維素酶活測定試驗(yàn)結(jié)果,確定FⅢ1、FV3、BV5為研究菌株,進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn),其中FⅢ1、FV3為真菌,BV5為細(xì)菌。經(jīng)過菌株鑒定,FⅢ1為特異青霉(Penicillium notatum), FV3為擴(kuò)張青霉(Penicillium expansum), BV5為類芽孢桿菌屬(Paenibacillus sp.)。 為確定各菌發(fā)酵特性,分別以真菌FV3和FⅢ1為出發(fā)菌株,進(jìn)行固體發(fā)酵初始pH值、稻草豆粕比、最適培養(yǎng)溫度、固體曲水料比、接種量、固體曲裝瓶量、最適發(fā)酵時(shí)間等單因子優(yōu)化實(shí)驗(yàn)研究,確定最適固體發(fā)酵條件。真菌FV3最高酶活達(dá)到了7.94 IU/ml,真菌FⅢ最高酶活達(dá)到了6.21 IU/ml.發(fā)酵液中還原糖含量仍比較低,最高為0.79mg/ml半纖維素酶為多酶體系,因此下一步考慮到進(jìn)行混菌試驗(yàn),選取半纖維素降解菌FV3、BV5和實(shí)驗(yàn)室已有纖維素降解菌D-7兩兩組合進(jìn)行混菌試驗(yàn)?；炀l(fā)酵試驗(yàn)結(jié)果顯示真菌FV3和細(xì)菌BV5為最優(yōu)組合,其糖化條件為：糖化開始時(shí)間為96 h、最適糖化溫度為50℃、最適糖化時(shí)間為72h。發(fā)酵液中還原糖含量達(dá)到1.48mg/ml,比單菌發(fā)酵提高了約80%。固體發(fā)酵容器擴(kuò)大到15L后,還原糖含量達(dá)到4.34mg/ml,比上一級(jí)規(guī)模提高了193%。 最后,利用畢赤酵母和釀酒酵母發(fā)酵糖化產(chǎn)物產(chǎn)酒精,最大規(guī)模15L發(fā)酵試驗(yàn)得到稻草到酒精的轉(zhuǎn)化率為9.27%,產(chǎn)品酒精濃度16.59mg/ml。 【關(guān)鍵詞】：半纖維素降解菌 秸稈 固體發(fā)酵 高溫糖化 乙醇
【學(xué)位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號(hào)】：S216.2
【目錄】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 1、引言10-20
• 1.1 水稻秸稈的組成與結(jié)構(gòu)10-11
• 1.2 秸稈的利用現(xiàn)狀和前景11-13
• 1.3 半纖維素酶降解機(jī)理及其理化性質(zhì)13-14
• 1.3.1 半纖維素酶分子結(jié)構(gòu)及降解機(jī)理13
• 1.3.2 半纖維素酶理化性質(zhì)13-14
• 1.4 半纖維素降解菌的多樣性14
• 1.4.1 半纖維素分解性細(xì)菌14
• 1.4.2 半纖維素分解性真菌14
• 1.5 半纖維素降解菌鑒別培養(yǎng)基14-15
• 1.6 秸稈發(fā)酵制乙醇的工藝15-16
• 1.7 木糖發(fā)酵16-17
• 1.8 燃料乙醇簡介17
• 1.8.1 燃料乙醇的概念17
• 1.8.2 燃料乙醇的推廣17
• 1.9 國內(nèi)外研究進(jìn)展17-18
• 1.9.1 國內(nèi)研究進(jìn)展17-18
• 1.9.2 國外研究進(jìn)展18
• 1.10 課題研究意義及技術(shù)路線18-20
• 2 實(shí)驗(yàn)材料與方法20-32
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料20-23
• 2.1.1 原料及菌種20
• 2.1.2 培養(yǎng)基20-21
• 2.1.3 其他試劑及材料21-22
• 2.1.4 主要儀器22-23
• 2.2 實(shí)驗(yàn)方法23-32
• 2.2.1 半纖維素的制備23-24
• 2.2.2 樣品的采集24
• 2.2.3 初篩菌株的確定24
• 2.2.4 復(fù)篩菌株的確定24-27
• 2.2.4.1 菌株鑒定25
• 2.2.4.2 木糖標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作--還原糖濃度的測定25-26
• 2.2.4.3 粗酶液的制備及半纖維素酶活力的測定26-27
• 2.2.5 稻草降解過程的顯微圖片觀察及降解液中糖分分析27-29
• 2.2.5.1 稻草降解過程的顯微圖片觀察27-28
• 2.2.5.2 稻草降解液中糖分分析28-29
• 2.2.6 單菌固體發(fā)酵最適條件的確定29
• 2.2.7 混菌對(duì)固體發(fā)酵的影響29-30
• 2.2.7.1 纖維素降解菌和半纖維素降解菌不同混合對(duì)發(fā)酵的影響29
• 2.2.7.2 半纖維素降解菌不同混合比例對(duì)還原糖含量的影響29
• 2.2.7.3 接種順序?qū)腆w發(fā)酵還原糖含量的影響29-30
• 2.2.8 秸稈發(fā)酵產(chǎn)酒精初步研究30-32
• 2.2.8.1 秸稈發(fā)酵產(chǎn)酒精初步研究30
• 2.2.8.2 重鉻酸鉀法測定乙醇含量30-32
• 3 結(jié)果與分析32-59
• 3.1 半纖維素的制備32
• 3.2 初篩菌株的確定32-35
• 3.2.1 不同菌源地菌株的分離及純化32
• 3.2.2 剛果紅半纖維素平板篩選32-35
• 3.3 復(fù)篩半纖維素降解菌的結(jié)果35-44
• 3.3.1 木糖標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制35
• 3.3.2 發(fā)酵時(shí)間對(duì)半纖維素降解菌酶活的影響35-36
• 3.3.3 初篩菌株酶活的測定36-37
• 3.3.4 初篩菌株稻草降解率的測定37-40
• 3.3.5 菌株鑒定結(jié)果40-42
• 3.3.6 稻草降解過程的顯微圖片觀察及降解液中糖分分析42-44
• 3.3.6.1 稻草降解過程的顯微圖片42-43
• 3.3.6.2 稻草降解液中糖分分析43-44
• 3.4 固體發(fā)酵條件的確定44-54
• 3.4.1 單菌固體發(fā)酵最適條件的確定44-49
• 3.4.1.1 稻草豆粕比對(duì)固體發(fā)酵半纖維素酶活性的影響44-45
• 3.4.1.2 不同初始pH值對(duì)固體發(fā)酵中半纖維素酶活性的影響45-46
• 3.4.1.3 固體曲水料比對(duì)半纖維素酶活的影響46-47
• 3.4.1.4 裝瓶量對(duì)半纖維素酶活的影響47-48
• 3.4.1.5 溫度對(duì)固體發(fā)酵中半纖維素酶活的影響48
• 3.4.1.6 接種量對(duì)固體發(fā)酵半纖維素酶活的影響48-49
• 3.4.2 混菌對(duì)固體發(fā)酵的影響49-54
• 3.4.2.1 纖維素降解菌和半纖維素降解菌不同混合對(duì)發(fā)酵的影響50-52
• 3.4.2.2 半纖維素降解菌不同混合比例對(duì)還原糖含量的影響52-53
• 3.4.2.3 接種順序?qū)腆w發(fā)酵還原糖含量的影響53-54
• 3.5 利用秸稈發(fā)酵產(chǎn)酒精的初步研究54-59
• 3.5.1 酒精標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制54
• 3.5.2 初級(jí)規(guī)模固體發(fā)酵生產(chǎn)酒精54-57
• 3.5.2.1 規(guī)模擴(kuò)大后半纖維素酶活達(dá)到峰值時(shí)間55-56
• 3.5.2.2 最適糖化溫度56-57
• 3.5.2.3 最適糖化時(shí)間57
• 3.5.3 次級(jí)規(guī)模固體發(fā)酵生產(chǎn)酒精57-59
• 4 討論59-63
• 4.1 初篩菌株的確定59
• 4.2 復(fù)篩菌株的確定59-60
• 4.3 單菌固體發(fā)酵條件的確定60-61
• 4.4 混菌固體發(fā)酵條件的確定61
• 4.5 利用秸稈發(fā)酵產(chǎn)酒精的初步研究61-62
• 4.6 展望62-63
• 5 參考文獻(xiàn)63-68
• 6 致謝68

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