油料秸秆多菌共发酵降解体系的建立及初步应用

【摘要】： 油菜是我国重要的油料作物,尤其在长江中下游地区,种植面积广、产量大。不仅每年油菜籽产量近1100万吨,其废弃秸秆也近2500万吨。农作物秸秆作为农业生产的副产品,也是一项重要的生物资源。但是因为农业秸秆类废弃物含有大量木质纤维素,该类物质结构稳定,不易降解,为秸秆的合理利用带来诸多困难。目前普遍使用的物理、化学降解方法均不能有效降解,并带来成本和环境问题。生物方法具有环保无污染,成本低,使用条件温和等特点,在快速有效降解木质纤维素类物质方面有巨大潜力。但是,微生物的自身特性也限制了其具体应用,如天然降解木质纤维素的微生物大多降解周期长,易受外界环境的影响等。所以在长期的实验和生产实践中,人们也不断地发现秸秆降解是在微生物代谢过程中产生的一系列酶作用下完成的,而且需要多种酶协同作用。纤维素分解菌与木质素分解菌对秸秆的联合分解能力明显高于任何一个单一菌株。因此,在实际处理中,采用混合菌降解秸秆效果更好。 本文对现有的木质纤维素降解菌进行筛选,通过菌株共培养试验确定备选菌株协同生长能力,并对可共同培养的微生物进行复合配比。我们引入混料试验设计对菌种配比与发酵降解的响应值进行模型拟合,以达到最佳的降解效果,并对菌剂的发酵条件进行优化。我们通过对高木质素含量的油菜秸秆(其木质素、纤维素和半纤维素的含量分别为:20.6%、40.2%和21.5%)进行降解研究,为开发广适性的菌剂提供理论基础。最后使用发酵降解菌剂处理的秸秆进行沼气发酵试验,验证多菌种共发酵秸秆的效果,探讨油料作物秸秆应用的途径。 得出以下结论: 1.通过平板筛选试验及单菌产酶能力的测定,从已有的11株具有较高活性的木质纤维素降解菌中筛选出6株菌株:枯草芽胞杆菌、地衣芽胞杆菌、克鲁斯假丝酵母、康氏木霉、变色栓菌及黄孢原毛平革菌。 2.通过平板共同培养试验,发现除康氏木霉外5株菌株可以协同生长,不存在明显的抑制作用。 3.应用混料实验设计对5株菌株进行配比发酵试验,通过对在30℃下,10天发酵降解的秸秆测定木质素和纤维素降解率,得出发酵菌剂最优配比为枯草芽胞杆菌12.1%,克鲁斯假丝酵母10%,地衣芽胞杆菌27.2%,变色栓菌10.6%,黄孢原毛平革菌40%。纤维素和木质素降解率为35.47%和26.41%。 4.通过沼气发酵试验发现使用降解菌剂处理的油菜秸秆,在产气量和产气周期上较秸秆原料有较大幅度提高。累计产气量提高17.8%。对芝麻、花生秸秆进行沼气发酵发现经过处理的秸秆总产量分别提高25.4%和17.6%。 【关键词】：秸秆 混菌共发酵 降解 沼气应用
【学位授予单位】：中国农业科学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：S816
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-20
• 1.1 秸秆利用现状11-13
• 1.1.1 秸秆应用方向11-12
• 1.1.2 油料作物秸秆的应用12-13
• 1.2 秸秆应用存在的问题13-14
• 1.2.1 应用的主要障碍13
• 1.2.2 秸秆的结构组成13-14
• 1.3 秸秆预处理技术的发展动态14-17
• 1.3.1 物理方法15-16
• 1.3.2 化学方法16
• 1.3.3 生物方法16-17
• 1.4 混菌发酵降解处理秸秆17-18
• 1.4.1 混合菌发酵优势17-18
• 1.4.2 混合菌发酵法的三种体系18
• 1.5 研究目的、意义18-20
• 第二章 木质素、纤维素混合降解菌的筛选20-31
• 2.1 引言20
• 2.2 实验材料及设备20-22
• 2.2.1 菌种20-21
• 2.2.2 菌种培养基21
• 2.2.3 试剂溶液21-22
• 2.2.4 仪器设备22
• 2.3 实验设计22-24
• 2.3.1 平板共同培养试验及酶活力初筛22
• 2.3.2 发酵产物酶活测定22-23
• 2.3.3 产酶高活性菌降解发酵后木质纤维素的测定23-24
• 2.4 结果与分析24-29
• 2.4.1 平板共同培养试验及酶活力初筛24-25
• 2.4.2 降解发酵后酶活测定25-28
• 2.4.3 发酵后木质纤维素的测定28-29
• 2.5 小结29-31
• 第三章 菌种配比的确定及优化试验31-42
• 3.1 引言31
• 3.2 实验设计31-33
• 3.2.1 实验材料31-32
• 3.2.2 试验设备32
• 3.2.3 实验设计32-33
• 3.2.4 还原糖测定方法33
• 3.2.5 菌种制备33
• 3.3 结果与分析33-40
• 3.3.1 模型建立33-35
• 3.3.2 配方中各成分变化对纤维素、木质素降解率及还原糖含量的影响35-37
• 3.3.3 复合降解菌剂的配比优化37-39
• 3.3.4 模型评价39-40
• 3.4 小结40-42
• 第四章 多菌种共发酵工艺条件的优化42-57
• 4.1 引言42
• 4.2 试验材料42-43
• 4.2.1 菌种42
• 4.2.2 试验仪器42-43
• 4.2.3 实验原料43
• 4.2.4 培养基43
• 4.3 影响发酵的单因素试验43-49
• 4.3.1 发酵温度的影响43-44
• 4.3.2 发酵时间的影响44-45
• 4.3.3 水分含量的影响45-46
• 4.3.4 秸秆粒度的影响46-48
• 4.3.5 接种量的影响48-49
• 4.4 正交试验确定最优发酵条件49-51
• 4.4.1 正交试验设计49-50
• 4.4.2 结果分析50-51
• 4.5 秸秆发酵的特性表征51-55
• 4.5.1 FTIR 波谱分析52-53
• 4.5.2 电镜扫描53-55
• 4.6 小结55-57
• 第五章 油料秸秆生物预处理制取沼气的初步应用57-63
• 5.1 引言57
• 5.2 试验57-59
• 5.2.1 试验材料57
• 5.2.2 主要仪器设备57-58
• 5.2.3 污泥驯化58
• 5.2.4 发酵沼气58
• 5.2.5 发酵前后理化指标测定58-59
• 5.3 试验结果与分析59-62
• 5.3.1 发酵降解产物理化指标测定59-60
• 5.3.2 发酵沼气60-62
• 5.4 小结62-63
• 第六章 总结与展望63-65
• 6.1 主要结论63
• 6.2 本试验创新63
• 6.3 展望63-65
• 参考文献65-70
• 致谢70-71
• 作者简历71

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