脆性水稻秸秆的生物预处理及发酵

【摘要】： 随着石油资源的枯竭,人们不约而同的把目光投向了可替代的生物质能源,却又面临与人争粮的窘况。而全球最丰富的木质纤维素资源给大家提供了旭光。本文利用一种新型的脆性水稻秸秆作为研究对象,研究白腐菌生物预处理对脆性水稻秸秆的降解,并利用酿酒酵母对预处理后的材料做了同步糖化发酵的研究。主要结果如下： 1.通过成份分析发现与传统秸秆相比脆性秸秆的半纤维素含量增加,纤维素含量降低,木质素含量增加；通过拉力试验发现,脆杆的茎部分的拉力与传统秸秆相比非常小,各部分平均拉力是传统秸秆的39.42%,拉伸长度均小于传统秸秆,其平均值是传统秸秆的56%。从粉碎耗能上面看,脆杆更易粉碎。利用切片染色观察显示：脆性水稻秸秆的厚壁细胞壁薄,细胞腔大,木质素含量稍有增加。 2.以脆性水稻秸秆和传统水稻秸秆为材料,筛选15株白腐真菌对水稻秸秆的降解,从中发现：姬菇6号在平板上的生长速度最快,菌圈达到90 mm(7D),香菇,灵芝,杏鲍菇的生长速度均较慢；通过预处理实验得到：姬菇6号处理的脆性水稻秸秆和传统水稻秸秆的木质素降解率高,纤维素与半纤维素的损失较少。而香菇基本上没有降解木质素。平菇115、平菇(冬白一号)、平菇(灰白一号)、矮平均有很明显的去木质素能力,但是纤维素和半纤维的损失率较高。 3.以筛选的姬菇6号处理脆性秸秆和传统秸秆,通过比较不同时间成份的变化。在处理60天后,传统秸秆重量损失为：22.06±0.1%,木质素的降解率为28.92±1.8%,纤维素为6.76±1.4%,半纤维素为：35.58±2.8%；脆性秸秆对应的分别为：27.28±2.1%,33.54±1.9%,5.71±2.5%,47.88±2.0%。预处理后脆性秸秆和传统秸秆在48h的水解率分别增加2.82倍和3.17倍。脆性秸秆和传统秸秆的初始吸附率分别增加5.55倍和1.02倍。通过扫描电镜观察经过白腐菌处理的两种样品发现：随着处理时间的增加木质纤维素材料上覆盖的菌丝越多,随着时间的增加在材料上的小孔逐渐变多。 4.利用白腐菌预处理的材料进行同步糖化发酵,优化了不同温度,接种量,酶量对发酵的影响。确定了接种量5%,发酵温度40℃,纤维素酶添加量为20FPU/g,发酵48h。处理后的脆性秸秆乙醇产量比未处理的脆性秸秆提高了1.51倍,而传统水稻秸秆产量提高了0.81倍。以微晶纤维素发酵为对照,预处理后的脆性秸秆和传统秸秆的乙醇产量分别为微晶纤维素的33.85%和21.43%。 【关键词】：白腐菌 生物预处理 脆性秸秆 传统秸秆 同步糖化发酵
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：S216
【目录】：

• 摘要7-9
• Abstract9-11
• 缩略语表11-12
• 1 前言12-28
• 1.1 木质纤维素的化学组成及结构12-15
• 1.1.1 纤维素12-13
• 1.1.2 半纤维素13-14
• 1.1.3 木质素14-15
• 1.2 木质纤维素的生物预处理方法15-21
• 1.2.1 降解木质素的微生物16-18
• 1.2.1.1 真菌16-17
• 1.2.1.2 细菌17-18
• 1.2.1.3 放线菌18
• 1.2.2 木质素降解机理及主要酶系18-21
• 1.2.2.1 木素过氧化物酶(Lip)19-20
• 1.2.2.2 锰过氧化物酶(Mnp)20-21
• 1.2.2.3 漆酶(Lac)21
• 1.3 脆性水稻秸秆的研究进展21-24
• 1.3.1 脆性突变体与传统秸秆的差异22
• 1.3.2 脆性水稻秸秆的优缺点22-24
• 1.3.2.1 脆性水稻秸秆的优点23
• 1.3.2.2 脆性水稻秸秆的缺点23-24
• 1.4 木质纤维素的糖化发酵24-27
• 1.4.1 分步水解糖化发酵法25
• 1.4.2 同步糖化发酵法25-26
• 1.4.3 非等温同时糖化发酵法26
• 1.4.4 同步糖化共发酵法26-27
• 1.4.5 固定化细胞发酵法27
• 1.5 本研究的目的和意义27-28
• 2 材料与方法28-34
• 2.1 材料28-29
• 2.1.1 稻草来源28
• 2.1.2 菌株及培养基28-29
• 2.1.3 仪器及试剂29
• 2.2 方法29
• 2.2.1 组份测定方法采用范氏(Van Soest,1963)29
• 2.2.2 总还原糖测定(DNS法测定)29
• 2.3 纤维素酶酶活测定29-30
• 2.3.1 滤纸酶活测定(filter paper activity,FPA)29
• 2.3.2 CMC酶活测定(filter paper activity,FPA)29
• 2.3.3 纤维二糖酶活力测定29-30
• 2.5 乙醇检测方法30
• 2.6 实验方法30-34
• 2.6.1 脆性秸秆和传统秸秆的理化性能比较30-31
• 2.6.1.1 拉力和拉伸长度测定30-31
• 2.6.1.2 木质素显微化学定位(王健等,2006)31
• 2.6.1.3 纤维素的组织化学染色方法(Li et al.,2003)31
• 2.6.2 白腐真菌平板生长速度测定31
• 2.6.3 白腐真菌预处理31
• 2.6.4 扫描电镜(SEM)分析31-32
• 2.6.5 纤维素酶酶解水稻秸秆的方法32
• 2.6.7 纤维素酶的吸附32
• 2.6.8 预处理后秸秆的酶解糖化发酵32
• 2.6.9 同步糖化发酵的条件优化32-34
• 2.6.9.1 乙醇发酵温度的优化32-33
• 2.6.9.2 乙醇发酵接种量的优化33
• 2.6.9.3 乙醇发酵酶加量的优化33
• 2.6.9.4 不同材料发酵的产乙醇的时间过程33-34
• 3. 结果与分析34-53
• 3.1 理化分析34-37
• 3.1.1 拉力和拉伸长度的测定34
• 3.1.2 粉碎结果34-35
• 3.1.3 成分测定结果35-36
• 3.1.4 组织化学结果36-37
• 3.2 菌种筛选37-40
• 3.2.1 平板生长速度结果37-38
• 3.2.2 成分测定和酶解结果38-40
• 3.2.2.1 TRS成分测定筛选结果38-39
• 3.2.2.2 TRS酶解测定筛选结果39
• 3.2.2.3 BRS成分测定筛选结果39-40
• 3.2.2.4 BRS酶解测定筛选结果40
• 3.3 成分损失比较结果40-42
• 3.4 水解结果比较42-43
• 3.5 吸附与解吸附的比较43-47
• 3.6 电镜结果47-49
• 3.7 乙醇发酵结果49-53
• 3.7.1 乙醇发酵温度的优化49-50
• 3.7.2 乙醇发酵接种量的优化50-51
• 3.7.3 乙醇发酵酶加量的优化51-52
• 3.7.4 不同材料发酵的产乙醇的时间过程52-53
• 4. 结论与讨论53-55
• 4.1 脆性秸秆与传统秸秆53
• 4.2 白腐菌的筛选53
• 4.3 白腐菌处理脆性秸秆的机理分析53-54
• 4.4 同步糖化发酵54-55
• 参考文献55-61
• 致谢61-62
• 附录62

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