筛选高效纤维素降解菌及利用秸秆发酵酒精初步研究

【摘要】：纤维素资源的开发和利用一直是国内外研究的热点,而高产纤维素酶降解菌的寻找与开发是制约其发展的关键。当今社会同时面临能源危机恶化和秸秆资源浪费的双重问题,因此筛选出高效的纤维素降解菌并利用其降解稻草,转化生产其他形式的能源,对解决资源危机和能源浪费具有十分重要的意义。本文基于获得高效的纤维素降解菌这一目的出发,从腐烂稻草堆、腐烂竹木堆、白蚁残骸、牛胃、牛栏粪、垃圾堆以及肥沃菜园土等自然环境中,经反复富集培养和分离纯化初筛得到,20株能在5 d内能将滤纸成糊状的纤维素降解菌,并通过刚果红纤维素平板识别其水解圈。将初筛得到的菌株经过以稻草为唯一碳源的培养基筛选,获得能在10 d内使稻草降解率最高的4个菌株,分别是2株细菌BC-4和BC-1以及2株真菌FD-7和FD-8,初步鉴定为BC-1是吕氏假单胞菌(Pesudomonas ruhlandil),BC-4是黄假单胞菌(Pseudomonas flava),FD-7是棒形青霉(Penicillium claviforme Bainier),FD-8是金黄青霉(Penicillium leteum Zuckel)。 为了使两株真菌CMC酶活力最高对液体和固体产酶条件的研究,初步确定了:(1)液体发酵条件:发酵时间96 h、摇床转速130 r/min、发酵温度FD-7和FD-8分别为28℃和37℃。(2)固体发酵条件:稻草/豆粕比为8/2、培养基初始碳氮比为10/1、培养基初始pH值为5.0、固体曲水料比为3/1、固体曲装瓶量为20g、接种量为10%。 将菌株FD-7接种于固体发酵培养基中发酵并对产物进行高温糖化,确定糖化条件:糖化开始时间为120 h、最适糖化温度为50℃、最适糖化时间为48 h。 酵母利用糖化产物进行酒精发酵。依次扩大规模,最终三级规模得到从稻草到酒精的转化率为10.36%,可得到产品酒精浓度20.72 mg/mL。 【关键词】：纤维素降解菌 固体发酵 高温糖化 乙醇
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：S38
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 1 引言10-24
• 1.1 秸秆的利用现状和前景10-12
• 1.2 秸秆的化学组成结构12-13
• 1.3 纤维素酶降解机理及其理化性质13-16
• 1.3.1 纤维素酶分子结构及降解机理13-15
• 1.3.2 纤维素酶理化性质15-16
• 1.4 纤维素降解菌的多样性16-17
• 1.4.1 纤维素分解性细菌16-17
• 1.4.2 纤维素分解性真菌17
• 1.5 纤维素分解菌鉴别培养基17-18
• 1.6 秸秆发酵制乙醇的工艺18-20
• 1.7 国内外研究进展20-22
• 1.8 课题研究意义及技术路线22-24
• 2 实验材料与方法24-34
• 2.1 实验材料24-27
• 2.1.1 原料及菌种24
• 2.1.2 培养基24-25
• 2.1.3 其他试剂及材料25-26
• 2.1.4 主要仪器26-27
• 2.2 实验方法27-34
• 2.2.1 初筛菌株的确定27-28
• 2.2.2 复筛菌株的确定28-31
• 2.2.2.1 菌株鉴定28-29
• 2.2.2.2 还原糖浓度的测定29
• 2.2.2.3 纤维素酶活力的测定29-30
• 2.2.2.4 不同菌体组合对提高稻草利用率和CMC酶活峰值的影响30
• 2.2.2.5 细菌和酶液共同作用降解稻草的失重情况30
• 2.2.2.6 稻草被降解过程的显微图片及降解液中糖分分析30-31
• 2.2.3 单菌液体发酵最适条件的确定31-32
• 2.2.4 单菌固体发酵最适条件的确定32
• 2.2.5 利用秸秆发酵酒精初步探索32-34
• 2.2.5.1 利用秸秆发酵酒精初步探索32
• 2.2.5.2 酒精含量的测定(重铬酸钾法)32-34
• 3 结果与分析34-54
• 3.1 初筛菌株的确定34-36
• 3.1.1 菌株分离及纯化34-35
• 3.1.2 刚果红平板筛选35-36
• 3.2 复筛菌株的确定36-43
• 3.2.1 葡萄糖标准曲线的绘制36
• 3.2.2 初筛菌株稻草失重率的测定36-37
• 3.2.3 初筛菌株酶活的测定37-38
• 3.2.4 菌株鉴定38-39
• 3.2.5 不同菌体组合对提高稻草利用率和CMC酶活峰值的影响39-40
• 3.2.6 细菌和酶液共同作用降解稻草的失重情况40
• 3.2.7 稻草被降解过程的显微图片及降解液中糖分分析40-43
• 3.2.7.1 稻草被降解的光镜显微照片40-43
• 3.2.7.2 稻草降解液的糖分分析——薄层层析43
• 3.3 液体发酵条件的确定43-46
• 3.3.1 发酵时间对CMC酶活的影响43-44
• 3.3.2 摇床转速对CMC酶活的影响44-45
• 3.3.3 发酵温度对CMC酶活的影响45-46
• 3.4 固体发酵条件的确定46-50
• 3.4.1 稻草/豆粕比对CMC酶活的影响46
• 3.4.2 培养基初始C/N对CMC酶活的影响46-47
• 3.4.3 培养基初始pH值对CMC酶活的影响47-48
• 3.4.4 固体曲水料比对CMC酶活的影响48
• 3.4.5 固体曲装瓶量对CMC酶活的影响48-49
• 3.4.6 接种量对CMC酶活的影响49-50
• 3.5 利用秸秆发酵酒精的初步探索50-54
• 3.5.1 酒精标准曲线的绘制50-51
• 3.5.2 初级规模固体发酵生产酒精51-53
• 3.5.2.1 酶活达到峰值时间51
• 3.5.2.2 最适糖化温度51-52
• 3.5.2.3 最适糖化时间52-53
• 3.5.3 次级规模固体发酵生产酒精53
• 3.5.4 三级规模固体发酵生产酒精53-54
• 4 讨论54-57
• 4.1 初筛菌株的确定54
• 4.2 复筛菌株的确定54-55
• 4.3 液体发酵条件的确定55
• 4.4 固体发酵条件的确定55-56
• 4.5 利用秸秆发酵酒精的初步探索56-57
• 5 参考文献57-62
• 6 致谢62

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