腐植酸生物转化的工艺优化及过程分析

发布时间：2017-04-01 08:07

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【摘要】：腐植酸广泛存在于自然界中,因其结构复杂、分子量大,长期以来未能得到高效利用;黄腐酸作为腐植质中易溶于水的一类物质,较腐植酸结构简单,含有较多活性基团,具有更高的生理活性,更容易被利用,因此将腐植酸转化为黄腐酸可以拓宽其应用范围,提高资源利用率。相比物理、化学方法获取黄腐酸,微生物转化法得到的黄腐酸更加安全可靠,生产过程更环保。本文以褐煤基腐植酸为研究对象,利用白腐真菌AH对腐植酸进行作用。首先对白腐真菌AH的生长特性和产酶特性展开研究。利用SMB液体培养基,考察了AH菌的生长周期,AH菌接种3天进入对数期,第6天之后进入稳定期。在鞣酸培养基、愈创木酚培养基以及苯胺蓝培养基上进行培养,AH菌能够产生木质素降解酶,其中降解酶系中的Mn P的活性最高,Li P次之,漆酶的活性较小。通过对比试验,表明腐植酸能够促进过氧化物酶和多酚氧化酶的产生,而不会抑制对腐植酸的降解。其次利用PDA、SDA和SMA三种固体培养基对腐植酸进行平板液化,发现腐植酸只能在SMA培养基上被液化。对纯化的腐植酸进行液化,发现其更易于液化。对纯化腐植酸添加量与添加时间展开研究,结果表明在接种第3天、腐植酸添加量为1g/平板液化效果最好。对比研究了AH菌在SMB液体培养基中对处理前后腐植酸的生物转化。纯化后的腐植酸生物转化黄腐酸的量明显提高,约为处理前试验组的两倍;且随着腐植酸的降解率提高,黄腐酸产量也相应提高。对白腐真菌AH转化腐植酸的过程进行了初步研究。分别对纯腐植酸、液化产物以及液化后剩余残渣进行元素分析、红外分析,检测其酸性基团与E4/E6值,发现产物中碳元素含量降低,氧元素含量增加,同时1HNMR分析中产物的含氧官能团信号强,表明腐植酸在微生物作用过程中发生了氧化反应。产物的氢元素含量也增加,表明微生物对腐植酸作用过程中也发生了加氢反应,从而使产物的不饱和度降低。通过红外分析与酸性基团检测均发现产物中羧基减少,说明微生物对羧基的作用较大。由红外图谱、1HNMR谱图及E4/E6值可知产物中脂肪链增多,芳环结构较少,表明腐植酸中部分芳环结构被白腐真菌AH作用而开环,进一步被转化和利用。残渣的E4/E6值较腐植酸小,表明残渣的芳环缩合程度增大,分子量增加,这说明微生物对腐植酸不仅有解聚作用,也有聚合作用。最后对白腐真菌AH转化腐植酸产生黄腐酸的工艺进行优化。在SMB培养基基础上,通过PB试验从氮源添加量、铜离子浓度、锰离子浓度、愈创木酚浓度、培养温度、初始p H、转速、接种量和HA添加量等9个因素中筛选出氮源添加量、铜离子浓度和HA添加量三个主要影响因素,采用Design-Expert 8.0.6软件设计Box-Benhnken试验。通过对二次回归方程与响应面分析确定最佳转化条件为铜离子浓度0.29 mmol/L,HA添加量0.68g/80ml,氮源添加量12.68 g/L,预测黄腐酸含量最大值为14.16 mg/ml。对优化后的方案进行验证,得到黄腐酸含量为13.35 mg/ml,与优化值接近。
【关键词】：腐植酸 黄腐酸 白腐真菌 生物转化
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O636.9
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-17
• 1 前言17-19
• 1.1 研究背景17
• 1.2 研究意义17-19
• 2 文献综述19-33
• 2.1 腐植酸与黄腐酸简介19-21
• 2.2 腐植酸与黄腐酸的结构特征21-22
• 2.3 真菌在腐植酸转化过程中的重要作用22-25
• 2.4 非特异性氧化酶在腐植酸转化过程中的作用及主要酶的作用机理25-28
• 2.5 降解后腐植酸的物理化学变化28-29
• 2.6 黄腐酸的应用29-30
• 2.7 黄腐酸的提取方法30-31
• 2.8 主要研究内容及技术路线31-33
• 3 菌种特性研究33-43
• 引言33
• 3.1 材料与方法33-38
• 3.2 结果与讨论38-42
• 3.3 本章小结42-43
• 4 腐植酸生物转化黄腐酸的过程分析43-62
• 引言43
• 4.1 材料与方法43-48
• 4.2 结果与讨论48-60
• 4.3 本章小结60-62
• 5 生物转化腐植酸生成黄腐酸的工艺条件优化（液体培养）62-75
• 引言62
• 5.1 材料与方法62-64
• 5.2 结果与讨论64-73
• 5.3 本章小结73-75
• 6 结论与展望75-78
• 6.1 研究总结75-76
• 6.2 研究创新点76
• 6.3 研究展望76-78
• 参考文献78-84
• 作者简历84-86
• 学位论文数据集86

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

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7 刘建忠,熊亚红,翁丽萍,计亮年;生物过程的优化[J];中山大学学报(自然科学版);2002年S1期

  本文关键词：腐植酸生物转化的工艺优化及过程分析，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：280269