纤维素酶发酵生产及其降解秸秆性能研究

【摘要】： 随着能源危机的爆发,以纤维素资源为原料生产燃料酒精已经成为当今的研究热点。具体体现在如何利用纤维素酶将植物纤维素进行有效的水解。本文对纤维素酶的微生物发酵生产、发酵酶液的分离提取及植物秸秆酶水解前的预处理方法等进行了研究。 研究了里氏木霉的纤维素酶发酵生产条件。首先利用统计学软件SAS对摇瓶培养基组成进行了优化,确定最佳发酵培养基组成:玉米浆28.0g/L,葡萄糖26.2g/L,微晶纤维素34.7g/L,柠檬酸1.17 g/L。纤维素酶活摇瓶发酵的理论预计值为20.1U/mL,在最佳发酵培养基组成下进行发酵,纤维素酶的滤纸酶活达到20U/mL。对5L发酵罐的发酵过程进行了研究,包括间歇发酵和补料发酵两种模式。间歇发酵的最终酶活是54.1U/mL,而补料发酵的最终酶活达到65.6 U/mL。最后对间歇发酵的发酵动力学进行了研究,计算出了模型参数,通过对发酵曲线的拟合,表明该模型能很好的反映间歇发酵过程中菌体的生长、底物的消耗及产物的合成。 对里氏木霉的发酵酶液进行了处理,首先用硫酸铵沉淀法对发酵酶液中的纤维素酶进行了粗提,然后用DEAE-聚甲基丙烯酸-β-羟乙酯(DEAE-PHEMA)对粗提出的酶进行了层析分离。经硫酸铵粗提后,比酶活为0.391U/mg,纯化倍数达1.74。经离子交换层析后,比酶活达到0.619U/mg,纯化倍数达到2.75。 研究了植物秸秆的预处理方法对其酶水解率的影响,主要研究了稀酸预处理、氢氧化钠预处理及氨水预处理等方法。稀酸处理对木质素的脱除效果较差,对各秸秆处理后秸秆酶水解率约25%;而碱处理可以有效地脱除木质素,但是会造成较大的质量损失,氢氧化钠处理后秸秆酶水解率在70%以上;氨水处理也有较高的酶水解率,条件较温和。最佳的预处理方式为氢氧化钠预处理。 【关键词】：纤维素酶 里氏木霉 发酵 酶液处理 秸秆预处理
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TQ925
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 文献综述8-21
• 1.1 背景介绍8
• 1.2 纤维素概述8-11
• 1.2.1 纤维素组成及结构8-9
• 1.2.2 纤维素的性质及作用9
• 1.2.3 纤维素的预处理方法9-11
• 1.3 纤维素酶概述11-15
• 1.3.1 纤维素酶的组成和结构11-12
• 1.3.2 纤维素酶作用机理12-13
• 1.3.3 纤维素酶水解的影响因素13-14
• 1.3.4 纤维素酶的来源14
• 1.3.5 纤维素酶的应用14-15
• 1.4 微生物发酵法生产纤维素酶15-17
• 1.4.1 菌种15-16
• 1.4.2 发酵方法16-17
• 1.5 产品纤维素酶的分离提取17-20
• 1.5.1 沉淀法18
• 1.5.2 离子交换色谱18
• 1.5.3 凝胶排阻色谱18-19
• 1.5.4 超滤法19
• 1.5.5 亲和色谱19
• 1.5.6 疏水层析19
• 1.5.7 电泳技术19-20
• 1.6 本课题主要研究内容20-21
• 第二章 纤维素酶的发酵生产研究21-49
• 2.1 前言21
• 2.2 实验材料21-23
• 2.2.1 实验仪器21-22
• 2.2.2 实验试剂22-23
• 2.2.3 实验菌种23
• 2.2.4 培养基23
• 2.3 实验方法23-25
• 2.3.1 培养方法23-24
• 2.3.2 测定方法24
• 2.3.3 摇瓶发酵培养基的优化24
• 2.3.4 5L发酵罐发酵24-25
• 2.4 结果与讨论25-48
• 2.4.1 葡萄糖标准曲线的建立25
• 2.4.2 摇瓶单因素实验25-29
• 2.4.3 统计学软件优化发酵培养基29-35
• 2.4.4 5L发酵罐发酵生产纤维素酶35-44
• 2.4.5 间歇发酵发酵动力学研究44-48
• 2.5 小结48-49
• 第三章 发酵酶液的处理49-54
• 3.1 前言49
• 3.2 实验仪器与试剂49-50
• 3.2.1 实验仪器49-50
• 3.2.2 实验试剂50
• 3.3 实验方法50-51
• 3.3.1 粗酶液的制备50
• 3.3.2 硫酸铵盐析50
• 3.3.3 离子交换层析50-51
• 3.3.4 测定方法51
• 3.4 结果与讨论51-52
• 3.4.1 DEAE-PHEMA树脂层析51-52
• 3.4.2 纤维素酶各级纯化步骤的比活力及纯化倍数52
• 3.5 小结52-54
• 第四章 秸秆预处理54-62
• 4.1 前言54
• 4.2 实验仪器与试剂54-55
• 4.2.1 实验仪器54-55
• 4.2.2 实验试剂55
• 4.3 实验方法55-56
• 4.3.1 预处理方法55-56
• 4.3.2 预处理后秸秆酶水解率的测定56
• 4.3.3 分析方法56
• 4.4 结果与讨论56-61
• 4.4.1 不同预处理方法对秸秆酶水解转化率的影响56-59
• 4.4.2 不同预处理方法对秸秆成分的影响59-61
• 4.4.3 不同预处理方法的优劣性61
• 4.5 小结61-62
• 第五章 结论与展望62-64
• 5.1 结论62-63
• 5.2 展望63-64
• 参考文献64-68
• 致谢68

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