高效纖維素降解菌的選育與利用秸稈生產(chǎn)酒精的初步研究

【摘要】：隨著能源危機和環(huán)境污染問題的日益突出,世界能源結(jié)構(gòu)正在經(jīng)歷由化石能源為主向可再生能源為主的變革。而生物質(zhì)資源轉(zhuǎn)化體系是引領第三次世界能源革命的技術(shù)平臺。在此背景下,燃料乙醇已被視為替代和節(jié)約汽油的最佳燃料,尤其是纖維素乙醇已被當作最佳液體燃料并具有生態(tài)效益而成為工業(yè)生物技術(shù)的研究熱點。 本課題以獲得高效的纖維素降解菌為出發(fā)點,從腐爛的秸稈、樹葉和污染的食用菌袋等樣品中,在以濾紙為唯一碳源的選擇培養(yǎng)基中篩選出68株生長快、有潰爛斑的菌株,再經(jīng)剛果紅篩選平板進一步鑒別,獲得水解圈較大的菌株32株。在此基礎上,經(jīng)以濾紙為唯一碳源的液體培養(yǎng)基觀察濾紙的崩潰情況和以秸稈為唯一碳源的液體發(fā)酵培養(yǎng)基中測定秸稈失重率和產(chǎn)酶的情況,最終篩選出了能夠高效降解纖維素的4株好氧菌F-1、F-7、J-1、J-7,其中F-1和F-7為細菌,J-1和J-7為真菌。 以細菌F-7和真菌J-7為出發(fā)菌株進行了纖維素降解菌液體發(fā)酵單因子優(yōu)化實驗,發(fā)現(xiàn)細菌F-7在液體發(fā)酵培養(yǎng)基中最適條件為:pH 5.0,培養(yǎng)溫度36℃,轉(zhuǎn)速150 r/min,接種量為15%,添加1%的酵母粉,以硫酸銨為氮源,這時CMC酶活達到最高值30.28 U,比條件優(yōu)化前提高了10.7%。真菌J-7在液體發(fā)酵培養(yǎng)基中最適條件為:pH 5.0,培養(yǎng)溫度為36℃,轉(zhuǎn)速150 r/min,接種量為10%,添加1%的酵母粉,以硫酸銨為氮源,CMC酶活達到最高值70.3 U,比條件優(yōu)化前提高了25.3%。對J-7最有效的分段變溫處理是在45℃培養(yǎng)36 h然后在28℃產(chǎn)酶,酶活最高達到了74.7 U,比在28℃不變溫的情況下提高了5.8%。 本論文對利用秸稈進行乙醇發(fā)酵的條件進行了初步的研究,確定了最佳的J-7纖維素降解時間為72 h,再以15%的接種量接種酵母進行厭氧發(fā)酵24 h,得到的發(fā)酵液中乙醇濃度達到最高為12.92 mg/ml。并且通過分批加液的方法有效地提高秸稈纖維素的降解效率,增加乙醇的產(chǎn)率。在乙醇發(fā)酵體系中,最初加入50%的培養(yǎng)液,而后在24 h和36 h分別補加25%的培養(yǎng)液最有利于乙醇的生產(chǎn),乙醇的濃度可高達13.56 mg/ml,比一次性加入全部培養(yǎng)液時高出了6.8%。 本課題研究通過優(yōu)化J-7和F-7的秸稈降解條件后可以在較短時間內(nèi)高效的降解纖維素,特別是利用J-7降解秸稈的糖化液進行發(fā)酵生產(chǎn)乙醇取得了很好的發(fā)酵效果,在纖維素資源的開發(fā)利用和利用纖維素發(fā)酵生產(chǎn)乙醇等方面具有重要意義。 【關(guān)鍵詞】：木質(zhì)纖維素 篩選 乙醇 秸稈
【學位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2008
【分類號】：S38
【目錄】：

• 目錄4-7
• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第一章 前言10-22
• 1 燃料乙醇的研究意義及發(fā)展概況10-12
• 1.1 燃料乙醇簡介10
• 1.2 燃料乙醇的研究意義10-11
• 1.2.1 燃料乙醇應用的背景10-11
• 1.2.2 燃料乙醇的優(yōu)點和意義11
• 1.3 燃料乙醇的發(fā)展概況11-12
• 2 利用木質(zhì)纖維素生產(chǎn)燃料乙醇的研究12-20
• 2.1 木質(zhì)纖維素原料的組成12-13
• 2.2 木質(zhì)纖維素的預處理13-14
• 2.3 木質(zhì)纖維素的水解14-19
• 2.3.1 纖維素酶的組成及作用機制15-16
• 2.3.2 纖維素酶的來源16-17
• 2.3.3 纖維素酶的生產(chǎn)17
• 2.3.4 影響木質(zhì)纖維素水解的因素17-19
• 2.4 乙醇發(fā)酵19-20
• 2.4.1 乙醇發(fā)酵菌種19
• 2.4.2 發(fā)酵工藝19-20
• 2.4.3 乙醇的回收和脫水20
• 3 本研究的內(nèi)容與意義20-22
• 第二章 高效纖維素降解菌的篩選與分離22-38
• 1 材料和方法22-29
• 1.1 實驗材料22-26
• 1.1.1 菌種來源22
• 1.1.2 培養(yǎng)基22-24
• 1.1.3 試劑及常用緩沖液24-25
• 1.1.4 儀器設備25-26
• 1.2 實驗方法26-29
• 1.2.1 樣品的采集26
• 1.2.2 高效纖維素降解菌的初篩實驗26-27
• 1.2.3 高效纖維素降解菌的復篩實驗27
• 1.2.4 葡萄糖標準曲線的繪制27-28
• 1.2.5 粗酶液的制備28
• 1.2.6 羧甲基纖維素酶活(CMCase)的測定28-29
• 1.2.7 菌株的鑒定方法29
• 2 結(jié)果與分析29-35
• 2.1 纖維素降解菌的初篩結(jié)果29-32
• 2.1.1 5種菌源初篩出的菌種29
• 2.1.2 剛果紅篩選培養(yǎng)基篩選結(jié)果29-31
• 2.1.3 濾紙纖維素培養(yǎng)基篩選結(jié)果31
• 2.1.4 秸稈失重法篩選結(jié)果31-32
• 2.2 高效纖維素降解菌的復篩結(jié)果32-34
• 2.2.1 葡萄糖標準曲線32-33
• 2.2.2 CMC酶活力復篩結(jié)果33-34
• 2.3 菌株鑒定結(jié)果34-35
• 3 小結(jié)與討論35-38
• 3.1 高效纖維素降解菌的初篩35-36
• 3.2 高效纖維素降解菌的復篩36-38
• 第三章 高效纖維素降解菌液體發(fā)酵條件研究38-49
• 1 材料和方法38-40
• 1.1 實驗材料38-39
• 1.1.1 菌株38
• 1.1.2 培養(yǎng)基38-39
• 1.1.3 試劑及常用緩沖液39
• 1.1.4 儀器39
• 1.2 實驗方法39-40
• 1.2.1 單菌種液體發(fā)酵方法39
• 1.2.2 分段變溫液體發(fā)酵的方法39
• 1.2.3 混合菌種液體發(fā)酵39-40
• 1.2.4 粗酶液的提取40
• 1.2.5 CMC酶活力測定40
• 2.結(jié)果與分析40-47
• 2.1 pH值對液體發(fā)酵產(chǎn)酶的影響40-41
• 2.2 溫度對液體發(fā)酵產(chǎn)酶的影響41-42
• 2.3 轉(zhuǎn)速對液體發(fā)酵產(chǎn)酶的影響42-43
• 2.4 接種量對液體發(fā)酵產(chǎn)酶的影響43-44
• 2.5 添加輔助碳源對產(chǎn)酶的影響44-45
• 2.6 添加不同氮源對產(chǎn)酶的影響45-46
• 2.7 分段變溫對產(chǎn)酶的影響46
• 2.8 混合菌種液體發(fā)酵對產(chǎn)酶的影響46-47
• 3.小結(jié)與討論47-49
• 第四章 利用秸稈生產(chǎn)酒精的初步研究49-59
• 1 材料和方法49-52
• 1.1 實驗材料49-50
• 1.1.1 菌株49
• 1.1.2 培養(yǎng)基49
• 1.1.3 試劑及常用緩沖液49-50
• 1.1.4 儀器50
• 1.2 實驗方法50-52
• 1.2.1 乙醇發(fā)酵50
• 1.2.2 還原糖含量測定50
• 1.2.3 乙醇蒸餾50-51
• 1.2.4 乙醇含量的測定51
• 1.2.5 可溶性糖的硅膠G薄層層析51-52
• 1.2.6 分批加液發(fā)酵法52
• 2.結(jié)果與分析52-57
• 2.1 乙醇標準曲線52-53
• 2.2 發(fā)酵液成分分析53-54
• 2.3 乙醇發(fā)酵的條件優(yōu)化54-57
• 2.3.1 秸稈的降解時間對乙醇發(fā)酵的影響54-55
• 2.3.2 酵母發(fā)酵時間對乙醇發(fā)酵的影響55
• 2.3.3 酵母的接種量對乙醇發(fā)酵的影響55-56
• 2.3.4 分批加液對乙醇發(fā)酵的影響56-57
• 3.小結(jié)與討論57-59
• 參考文獻59-63
• 致謝63

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