基于棉秸秆中的木糖生物转化木糖醇的研究

【摘要】： 以废弃物棉秆水解液中的木糖为原料,开展了木糖醇转化菌株的筛选,进行了菌株表达木糖还原酶的条件和转化木糖醇的研究,并对棉秸秆水解液的进行了脱毒处理和木糖醇转化的研究。结果如下: 利用木糖作为主要碳源,获得了能够以木糖为主要碳源生长的菌株。利用TLC和HPLC法检测,从中筛选到了一株性能较为优良的转化木糖为木糖醇的菌株X-Xol-1。经过菌体形态和18SrDNA序列分析,该菌株鉴定为Candida lusitaniae,命名为Candida lusitaniae X-Xol-1,Genbank登录号为EU562180。 研究了菌株的表达木糖还原酶条件。结果表明Candida lusitaniae X-Xol-1表达木糖还原酶的最适培养温度和pH分别为35℃和为5.5,最适氮源为酵母粉;镁离子和钾离子对木糖还原酶酶活有促进作用,最佳浓度分别为Mg~(2+) 0.25g/L和K+1.25g/L。菌株对木糖催化反应的米氏常数Kmxylose为0.179 mmol/L,最大反应速度Vmax为1.705 mmol/(L·min);对辅酶NADPH的米氏常数KmNADPH为0.573μmol/L,最大反应速度Vmax为3.163μmol/(L·min)。 确定菌株的生长和发酵条件。结果表明生长与转化木糖的最佳pH和温度分别为5.0和35℃,接种量为5%,装液量为40%,生长转速为170rpm,转化转速为120rpm。最佳氮源为酵母粉,用量为0.5g/L。在木糖浓度为30g/L,发酵60h,木糖醇得率为69.76%,生产强度为0.35g/(L·h)。 研究了葡萄糖对木糖醇转化的影响。结果表明:葡萄糖会抑制木糖醇的转化。当发酵液中同时存在葡萄糖和木糖时,菌株优先利用葡萄糖,只有当葡萄糖代谢完全时,才开始利用木糖。 研究了Ca(OH)2、活性炭和活性白土对棉秆水解液的脱毒效果。结果表明:利用Ca(OH)2过中和到pH10.0,再用硫酸回调到pH5.5可获得最佳脱毒效果;活性炭对水解液脱毒最佳条件为,活性炭为固液比1%,pH5.5、70℃处理60min;活性白土最佳条件为温度30℃,水解液pH5.5,以0.5%的固液比处理40min。 利用水解液驯化菌株C. lusitaniae X-Xol-1,提高该菌对棉秆水解液的适应性,使该菌的木糖醇转化率提高了22.47%。利用水解液发酵,木糖醇转化率低,仅为29.60%。浓缩水解液木糖醇转化率为42.51%,比未浓缩水解液高,但比以纯木糖为底物发酵低。 【关键词】：木糖醇 木糖还原酶 棉秸秆水解液 脱毒 生物转化 菌株筛选
【学位授予单位】：石河子大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TS245.8
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 前言9-10
• 第1章 文献综述10-19
• 1.1 木糖醇性质及生产现状10-12
• 1.1.1 木糖醇概述10
• 1.1.2 木糖醇的用途10-11
• 1.1.3 木糖醇的生产方法11-12
• 1.2 新疆棉花种植及其棉花秸秆处理现状12
• 1.3 植物纤维材料的酸水解及杂质的研究12-14
• 1.3.1 植物纤维材料的成分12-13
• 1.3.2 植物纤维材料的水解13-14
• 1.4 植物纤维水解液的脱毒14
• 1.5 生物转化木糖醇的研究进展14-18
• 1.6 论文研究的目的意义及主要内容18-19
• 第2章 材料与方法19-28
• 2.1 材料19-22
• 2.1.1 样品采集19
• 2.1.2 菌种19
• 2.1.3 培养基19
• 2.1.4 药品19-21
• 2.1.5 仪器21-22
• 2.2 实验方法22-24
• 2.2.1 转化木糖醇菌株的筛选方法22
• 2.2.2 菌株鉴定方法22
• 2.2.3 主要基因操作方法22-24
• 2.3 分析方法24-28
• 2.3.1 木糖木糖醇的检测方法24-25
• 2.3.2 水解液中毒性物质测定25-26
• 2.3.3 木糖还原酶酶活的测定26-27
• 2.2.4 菌体生物量的测定27
• 2.2.5 pH 值的测定27-28
• 第3章 转化木糖醇菌株的筛选、鉴定及其产酶特性研究28-40
• 引言28
• 3.1 木糖醇转化菌株的筛选28-30
• 3.2 菌株的鉴定30-34
• 3.2.1 菌株的形态特征30-31
• 3.2.2 菌体分子生物学特征31-34
• 3.3 菌株产木糖还原酶条件的研究34-37
• 3.3.1 培养温度对产酶的影响34
• 3.3.2 培养基初始pH 对产酶的影响34-35
• 3.3.3 不同氮源对木糖还原酶活性的影响35-36
• 3.3.4 钾离子和镁离子对酶活的影响36-37
• 3.4 Candida lusitaniae X-Xol-1 木糖还原酶的动力学常数（K_m 和V_(max)）的测定37-38
• 3.5 小结38-40
• 第4章 Candida lusitaniae X-Xol-1 生长与木糖醇转化特性研究40-53
• 引言40
• 4.1 菌株 C. lusitaniae X-Xol-1 的生长曲线40-41
• 4.2 Candida lusitaniae X-Xol-1 木糖醇转化特性41-46
• 4.2.1 初始pH 对菌体生长和木糖醇转化的影响41
• 4.2.2 温度对菌株生长和木糖醇转化的影响41-42
• 4.2.3 接种量对菌株生长和木糖醇转化的影响42-43
• 4.2.4 装液量对菌体生长和木糖醇转化的影响43
• 4.2.5 转速及通气对木糖醇转化的影响43-44
• 4.2.6 氮源对菌株生长和木糖醇转化的影响44-45
• 4.2.7 初始木糖浓度对木糖醇转化的影响45-46
• 4.3 Candida lusitaniae X-Xol-1 批式发酵研究46-52
• 4.3.1 Candida lusitaniae X-Xol-1 批式发酵46-47
• 4.3.2 Candida lusitaniae X-Xol-1 补料批式发酵47-49
• 4.3.3 葡萄糖对木糖醇转化的影响49-52
• 4.4 小结52-53
• 第5章 基于棉秆水解液C.lusitaniae X-Xol-1 转化木糖醇的初步研究53-69
• 引言53
• 5.1 棉秸秆酸水解液的制备53-54
• 5.1.1 棉秸秆的化学组成53
• 5.1.2 棉秸秆酸水解处理53
• 5.1.3 棉秸秆水解液的化学组成53-54
• 5.2 棉秸秆水解液的脱毒处理54-65
• 5.2.1 Ca(OH)_2 中和脱毒54-55
• 5.2.2 活性炭吸附脱毒影响因素的研究55-59
• 5.2.3 活性炭脱毒最佳工艺条件确定59-61
• 5.2.4 活性白土脱毒61-65
• 5.3 菌株驯化65
• 5.4 棉秆水解液批式发酵转化木糖醇65-67
• 5.5 小结67-69
• 第6章 结论与展望69-71
• 6.1 结论69-70
• 6.2 展望70-71
• 参考文献71-77
• 附录77-79
• 作者简介79-80
• 导师评阅表80

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