甜高粱秸秆中木糖酒精发酵及菌种选育研究

【摘要】： 随着石油燃料的日渐枯竭,越来越多的国家开始进行生物质燃料制取燃料酒精的研究和开发。纤维素是地球上最丰富,最廉价的可再生资源。纤维质原料甜高粱作为近年来新兴的能源作物,以其生物产量大,开发用途广,利用价值高等优良特性而受到普遍关注,利用甜高粱制取酒精已成为能源研究的热点。 在植物纤维的水解产物中,主要的单糖是葡萄糖、木糖、甘露糖、半乳糖、阿拉伯糖,其中木糖占1/3,因此高效的木糖发酵能力成为有效利用植物纤维原料生产酒精的关键技术之一。 本文以新疆甜高粱秸秆为原料,利用生物技术方法将秸秆中的纤维素转化成酒精。从甜高粱秸秆材料的预处理、优良酵母菌株的诱变选育、木质纤维素发酵酒精最佳条件的选择、木糖醇脱氢酶基因(xyl2)的克隆等方面进行了研究,主要研究结果如下: 1.选取有代表性的高温、稀酸、稀碱、微生物酶法等条件,对甜高粱秸秆进行处理,结果发现高温稀酸糖化得率最高,经过优化试验得出最佳的处理条件为:处理温度121℃、固液比1:7、硫酸浓度2%、时间60min,在此条件下糖化秸秆还原糖得率为24.95mg/mL。 2.对实验室保存的六种能发酵利用木糖的菌种进行了发酵性能研究,发现休哈塔假丝酵母不论是在发酵能力还是耐酒精耐热性能方面都优与其他菌种。 3.以休哈塔假丝酵母为诱变出发菌株,通过EMS、LiCl和紫外线三因素复合诱变,以及60Co-γ辐照反复诱变,结合TTC平板、杜氏小管发酵及液态摇瓶发酵三级筛选,最终得到两株优势诱变菌株XX5,XX15,二者酒精产率达到0.341±0.011g/g和0.327±0.014g/g,约为理论值的74.13%和71.08%。验证实验结果表明,XX5和XX15发酵秸秆糖化液产酒精的能力较出发菌种休哈塔假丝酵母提高了约2倍。 4.从热带假丝酵母中提取总RNA,通过RT-PCR获得了xyl2基因,然后将其连接到pBS-T载体。测序结果证明所克隆的基因大小为1095bp,与GeneBank(DQ220745)所报道的热带假丝酵母xyl2基因的脱氧核苷酸序列完全一致。 本实验表明,利用高温稀酸处理甜高粱秸秆能有效地水解纤维素,达到较高的糖化率,是较合适的处理方法。通过反复诱变得到的两株诱变种XX5、XX15,显著地提高了对高温酸解秸秆纤维水解液的酒精发酵能力,如果其性质能稳定下来,对提高秸秆的利用率以及经济效益都具有重要的现实意义。利用大量被废弃的甜高粱秸秆制取燃料酒精,既可缓解当前的能源紧缺问题又可减少环境污染,其意义深远。 【关键词】：甜高粱秸秆 木糖发酵 酒精 复合诱变 木糖醇脱氢酶基因
【学位授予单位】：汕头大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TQ223.122
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-12
• 第一章 绪论12-23
• 1.1 秸秆纤维的利用现状与前景13-14
• 1.1.1 秸秆制炭技术13
• 1.1.2 秸秆食用菌培养技术13
• 1.1.3 秸秆气化技术13-14
• 1.1.4 秸秆制燃料酒精技术14
• 1.2 纤维素类原料14-17
• 1.2.1 纤维素、半纤维素、木质素的化学组成和结构14-16
• 1.2.2 纤维素类原料的预处理16-17
• 1.3 戊糖的酒精发酵原理17-18
• 1.4 木糖酒精发酵菌诱变育种技术18-20
• 1.4.1 物理诱变18-19
• 1.4.2 化学诱变19-20
• 1.4.3 复合诱变20
• 1.5 秸秆制取燃料酒精生产工艺20-21
• 1.6 论文研究意义及研究内容21-23
• 1.6.1 研究内容21
• 1.6.2 研究意义21-23
• 第二章 秸杆纤维降解技术的研究23-36
• 2.1 材料与方法23-26
• 2.1.1 实验材料23-24
• 2.1.2 内容与方法24-26
• 2.2 结果与分析26-35
• 2.2.1 常温处理26
• 2.2.2 高温处理26-28
• 2.2.3 生物法处理28-31
• 2.2.4 混合菌与理化结合处理31-33
• 2.2.5 几种预处理方法的比较33-34
• 2.2.6 稀酸预处理优化实验34
• 2.2.7 甜高粱秸秆高温酸解成分验证实验34-35
• 2.3 讨论35-36
• 第三章 几种戊糖发酵菌种发酵性能的研究36-44
• 3.1 材料与方法36-39
• 3.1.1 实验材料36-37
• 3.1.2 内容与方法37-39
• 3.2 结果与分析39-42
• 3.2.1 发酵液中残糖量的变化39-40
• 3.2.2 发酵液最终蒸馏酒精产量40-41
• 3.2.3 休哈塔酵母和热带假丝酵母的耐酒精性能实验41
• 3.2.4 休哈塔酵母和热带假丝的耐热性能鉴定41-42
• 3.2.5 休哈塔酵母的生长曲线的测定42
• 3.3 小结42-44
• 第四章 木糖发酵菌的诱变育种44-54
• 4.1 材料与方法44-46
• 4.1.1 实验材料44-45
• 4.1.2 内容与方法45-46
• 4.2 结果与分析46-52
• 4.2.1 复合诱变条件的选择46-47
• 4.2.2 复合诱变TTC 平板一级筛选47-48
• 4.2.3 复合诱变杜氏小管法二级筛选48-49
• 4.2.4 复合诱变液态发酵三级筛选49-50
• 4.2.5 ~(60)Co-γ射线照射剂量50
• 4.2.6 ~(60)Co-γ照射处理TTC 一级筛选50
• 4.2.7 ~(60)Co-γ照射处理杜氏小管二级筛选50-51
• 4.2.8 ~(60)Co-γ照射处理液体发酵筛选51-52
• 4.3 小结52-54
• 第五章 秸秆纤维中五碳糖发酵的初步研究54-58
• 5.1 材料方法54-55
• 5.1.1 实验材料54
• 5.1.2 内容与方法54-55
• 5.2 结果与分析55-57
• 5.2.1 秸秆水解液糖分测定与分析55-56
• 5.2.2 甜高粱秸秆小瓶半固态发酵56-57
• 5.3 小结57-58
• 第六章 木糖醇脱氢酶基因的克隆和序列分析58-69
• 6.1 材料方法58-63
• 6.1.1 实验材料58-59
• 6.1.2 内容与方法59-63
• 6.2 结果与分析63-68
• 6.2.1 热带假丝酵母总RNA 的提取63
• 6.2.2 RT-PCR63-64
• 6.2.3 xyl2 基因克隆及鉴定64-66
• 6.2.4 xyl2 序列分析66-68
• 6.3 讨论68-69
• 参考文献69-74
• 附录74-77
• 致谢77

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