黑曲霉固态发酵产纤维素酶条件优化及秸秆糖化研究
发布时间：2021-03-25 17:45
不可再生的化石能源的过度使用给地球带来了许多的环境问题。木质纤维素等生物质能被越来越多的国家重视。纤维素酶是一类能水解纤维素产生葡萄糖的酶的总称,是人类高效利用秸秆等木质纤维素的关键因素之一。本文以黑曲霉为研究对象,优化其固态发酵产滤纸酶和内切葡聚糖酶的工艺条件,研究该菌株产纤维素酶的酶学性质,酶解糖化秸秆条件以及添加剂对酶解糖化效率的影响。主要的研究结果如下:本研究从实验室保存菌株中选育出一株产高活力纤维素酶的黑曲霉,应用于秸秆发酵产纤维素酶降解纤维素。首先,通过在以羧甲基纤维素钠为唯一碳源的平板上进行菌株的初筛,经过多次稀释涂布和平板划线得到14株纯菌株,再对纯菌株进行刚果红染色,以水解圈直径与菌株直径的比值为指标,得到3株（标记为7号、10号和14号）酶活较高的菌株。然后以菌株的滤纸酶活和内切葡聚糖酶活为复筛依据,在分别以麸皮、玉米秸秆和稻草秸秆为碳源的三种不同培养基中固态发酵,筛选出两种酶活分别为0.64 IU/g和7.96 IU/g的7号菌株。在光学显微镜下进行形态学观察发现,菌体前2天生长缓慢,第3天变为米黄色,呈绒状并产大量孢子。菌落间有明显痕迹。呈辐射状的沟纹和向外蔓延...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
全球能源消耗趋势[4]
黑曲霉固态发酵产纤维素酶条件优化及秸秆糖化研究2再生能源的发展成为必要，以满足人类能源需求[5-6]。生物质是指通过光合作用而形成的各种有机体，生物质能是太阳能以化学能形式储存在生物质中的能量形式，它一直是人类赖以生存的重要能源之一，是仅次于煤炭、石油、天然气之后第四大能源，在整个能源系统中占有重要的地位[7]。基于2015年全国统计年鉴等，我国生物质能源总潜力为7.56亿吨标准煤，相当于2015年全国一次能源消费量的1/6[8]。玉米、稻谷和小麦程秆是主要农作物秸秆，占全国农作物稱秆总理论产量的77％，在分布区域上集中在东北区、华北区和长江中下游等粮食主产区[9]。玉米秸秆和稻草分别是我国北方和南方具有代表性的农业废弃物，由于处理不当，直接燃烧，不仅浪费能源，而且造成严重的环境问题[10]。图1.2中国农林剩余物的生物质能源潜力组成[8]Fig.1.2BiomassenergypotentialcompositionofagriculturalandforestryresiduesinChina农作物秸秆等木质纤维素生物质是用于燃料生产的最经济的可再生资源，并且在避免农业有害废物焚烧方面起着至关重要的作用[11]。将丰富的木质纤维素生物质转化为生物燃料是改善能源安全、减少温室气体排放、防止全球平均气温随之升高和生产可持续能源的一个有效的选择[12-13]。此外，由于木质纤维素是现有碳循环的一部分，大气中二氧化碳水平的进一步放大不会发生。利用木质纤维素生产生物燃料在实验室和试点中报道最多、最成功的试验是那些涉及生物乙醇的试验[14]。以木质纤维素为原料生产生物乙醇，被认为是第二代生物乙醇，具有许多优势，如在食物链上没有竞争力，但其生产过程相对于以小麦，玉米等粮食作物作为原料的第一代生物乙醇更为复杂，涉及到许多技术和经济挑战[15]。降低生
工程硕士学位论文5解纤维二糖和短链的纤维寡糖产生单一的葡萄糖分子。1.3.2纤维素酶水解纤维素的机理纤维素酶水解过程比较复杂，涉及多个机械步骤。如图1.3所示，纤维素酶首先扩散到纤维素表面，通过其碳水化合物结合模块(CBM)吸附到纤维素微纤维的表面，或在其催化域的活性位点(CD)内与单个纤维素分子结合(B)。这一络合步骤可导致CD活性位点内的糖苷键水解，释放出溶解的产物(C)[46]。具体过程可分为四个步骤,分别如下：A.吸附纤维素酶与固体纤维素表面结合。通常由纤维素结合模块介导(CBM)。B.络合纤维素分子在催化域的活性位点上的结合(CD)。如果这种结合方式导致水解，这被认为是一种高效结合的纤维素酶。C.水解水解纤维素中的糖苷键通过一种能产生可溶性纤维素水解酶的有效结合酶来水解(CBHs)。D.解吸纤维素酶从固体表面向液体相的转移。复合或非复合纤维素酶的解吸速率可能不同。图1.3纤维素酶-纤维素相互作用导致水解产物的形成[46]Fig.1.3Cellulase-celluloseinteractionleadstotheformationofhydrolyticproducts1.3.3产纤维素酶的主要微生物从纤维素酶生产角度来看，真菌的渗透能力和对通用底物消耗速率优于细菌，这是因为大多数真菌有能够产生完整的纤维素酶系统。木腐真菌就是常见的能够产纤维素的真菌之一。它可分为三类，即白腐真菌(WRF)，褐腐真菌(BRF)和软腐真菌(SRF)。其中，SRF尤其是里氏木霉和黑曲霉是具有完整纤维素酶系统的突出纤维素酶生产者。WRF倾向于降解木质纤维素底物中的所有组分即木质素，纤维素和半纤维素，它们在木质纤维素底物上定殖，而BRF优先降解纤维素和半纤维素，木质素被修饰但不降解[47]。商业纤维素酶通常由两种软腐真菌(SRF)产生，即里氏木霉（Trichoderma
【参考文献】：
期刊论文
[1]黑曲霉发酵产酶研究进展[J]. 张熙,韩双艳. 化学与生物工程. 2016(01)
[2]一株产纤维素酶细菌的筛选鉴定[J]. 胡爽,王炜,詹发强,杨红兰,山其木格. 生物技术. 2008(05)
[3]低碳经济的发展模式研究[J]. 付允,马永欢,刘怡君,牛文元. 中国人口.资源与环境. 2008(03)
[4]纤维素酶的研究进展与发展趋势[J]. 顾方媛,陈朝银,石家骥,钱世钧. 微生物学杂志. 2008(01)
[5]纤维素酶的多型性[J]. 孟雷,陈冠军,王怡,高培基. 纤维素科学与技术. 2002(02)
博士论文
[1]固态发酵培养基物化特性及其固态发酵新工艺的研究[D]. 刘阳.中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所) 2019
[2]木质纤维素结构的绿色解聚和木质素、纤维素的提取与转化[D]. 毕志豪.中国科学技术大学 2019
[3]基于碱的木质纤维素预处理和酶解及相关机理研究[D]. 吕晓静.暨南大学 2018
[4]疣孢漆斑菌酶系对玉米秸秆木质素影响及酶解增效作用机理研究[D]. 苏瑛杰.吉林农业大学 2018
[5]产纤维素酶菌株筛选优化及对秸秆厌氧发酵的促进机制[D]. 赵肖玲.中国农业大学 2018
[6]我国生物质原料资源及能源潜力评估[D]. 张蓓蓓.中国农业大学 2018
[7]里氏木霉高产纤维素酶的机理研究和应用[D]. 李程程.东南大学 2018
[8]中国新能源发展研究[D]. 张海龙.吉林大学 2014
[9]醋化级溶解浆制备及其理化性能的分析表征[D]. 刘文.北京林业大学 2014
[10]咪唑类离子液体对生物质中木质纤维素选择性提取及分离[D]. 李维尊.南开大学 2013
硕士论文
[1]基于IMM模型提高玉米秸秆纤维素水解反应效率的机制研究[D]. 刘璐.江苏大学 2019
[2]海洋黑曲霉生料固态发酵产纤维素酶及酶的固定化研究[D]. 魏丹华.浙江大学 2018
[3]预处理对稻秆厌氧发酵产气特性的影响研究[D]. 张敏娜.陕西科技大学 2018
[4]白腐真菌Inonotus obliquus产生纤维素酶的发酵工艺及木质纤维素糖化研究[D]. 林蒙蒙.浙江理工大学 2018
[5]不同预处理方法对玉米秸秆和沙柳纤维素降解率和乙醇产量的影响[D]. 张晓燕.内蒙古工业大学 2017
[6]高产纤维素酶黑曲霉ANSTJ01菌株的分离鉴定与生物学性状探究[D]. 安宝聚.山东农业大学 2017
[7]产纤维素酶菌株选育、优化培养及酶纯化工艺研究[D]. 张欢.沈阳航空航天大学 2013
[8]里氏木霉产纤维素酶诱导剂的筛选与过程优化[D]. 李辉.中南林业科技大学 2011
本文编号：3100057
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
全球能源消耗趋势[4]
黑曲霉固态发酵产纤维素酶条件优化及秸秆糖化研究2再生能源的发展成为必要，以满足人类能源需求[5-6]。生物质是指通过光合作用而形成的各种有机体，生物质能是太阳能以化学能形式储存在生物质中的能量形式，它一直是人类赖以生存的重要能源之一，是仅次于煤炭、石油、天然气之后第四大能源，在整个能源系统中占有重要的地位[7]。基于2015年全国统计年鉴等，我国生物质能源总潜力为7.56亿吨标准煤，相当于2015年全国一次能源消费量的1/6[8]。玉米、稻谷和小麦程秆是主要农作物秸秆，占全国农作物稱秆总理论产量的77％，在分布区域上集中在东北区、华北区和长江中下游等粮食主产区[9]。玉米秸秆和稻草分别是我国北方和南方具有代表性的农业废弃物，由于处理不当，直接燃烧，不仅浪费能源，而且造成严重的环境问题[10]。图1.2中国农林剩余物的生物质能源潜力组成[8]Fig.1.2BiomassenergypotentialcompositionofagriculturalandforestryresiduesinChina农作物秸秆等木质纤维素生物质是用于燃料生产的最经济的可再生资源，并且在避免农业有害废物焚烧方面起着至关重要的作用[11]。将丰富的木质纤维素生物质转化为生物燃料是改善能源安全、减少温室气体排放、防止全球平均气温随之升高和生产可持续能源的一个有效的选择[12-13]。此外，由于木质纤维素是现有碳循环的一部分，大气中二氧化碳水平的进一步放大不会发生。利用木质纤维素生产生物燃料在实验室和试点中报道最多、最成功的试验是那些涉及生物乙醇的试验[14]。以木质纤维素为原料生产生物乙醇，被认为是第二代生物乙醇，具有许多优势，如在食物链上没有竞争力，但其生产过程相对于以小麦，玉米等粮食作物作为原料的第一代生物乙醇更为复杂，涉及到许多技术和经济挑战[15]。降低生
工程硕士学位论文5解纤维二糖和短链的纤维寡糖产生单一的葡萄糖分子。1.3.2纤维素酶水解纤维素的机理纤维素酶水解过程比较复杂，涉及多个机械步骤。如图1.3所示，纤维素酶首先扩散到纤维素表面，通过其碳水化合物结合模块(CBM)吸附到纤维素微纤维的表面，或在其催化域的活性位点(CD)内与单个纤维素分子结合(B)。这一络合步骤可导致CD活性位点内的糖苷键水解，释放出溶解的产物(C)[46]。具体过程可分为四个步骤,分别如下：A.吸附纤维素酶与固体纤维素表面结合。通常由纤维素结合模块介导(CBM)。B.络合纤维素分子在催化域的活性位点上的结合(CD)。如果这种结合方式导致水解，这被认为是一种高效结合的纤维素酶。C.水解水解纤维素中的糖苷键通过一种能产生可溶性纤维素水解酶的有效结合酶来水解(CBHs)。D.解吸纤维素酶从固体表面向液体相的转移。复合或非复合纤维素酶的解吸速率可能不同。图1.3纤维素酶-纤维素相互作用导致水解产物的形成[46]Fig.1.3Cellulase-celluloseinteractionleadstotheformationofhydrolyticproducts1.3.3产纤维素酶的主要微生物从纤维素酶生产角度来看，真菌的渗透能力和对通用底物消耗速率优于细菌，这是因为大多数真菌有能够产生完整的纤维素酶系统。木腐真菌就是常见的能够产纤维素的真菌之一。它可分为三类，即白腐真菌(WRF)，褐腐真菌(BRF)和软腐真菌(SRF)。其中，SRF尤其是里氏木霉和黑曲霉是具有完整纤维素酶系统的突出纤维素酶生产者。WRF倾向于降解木质纤维素底物中的所有组分即木质素，纤维素和半纤维素，它们在木质纤维素底物上定殖，而BRF优先降解纤维素和半纤维素，木质素被修饰但不降解[47]。商业纤维素酶通常由两种软腐真菌(SRF)产生，即里氏木霉（Trichoderma
【参考文献】：
期刊论文
[1]黑曲霉发酵产酶研究进展[J]. 张熙,韩双艳. 化学与生物工程. 2016(01)
[2]一株产纤维素酶细菌的筛选鉴定[J]. 胡爽,王炜,詹发强,杨红兰,山其木格. 生物技术. 2008(05)
[3]低碳经济的发展模式研究[J]. 付允,马永欢,刘怡君,牛文元. 中国人口.资源与环境. 2008(03)
[4]纤维素酶的研究进展与发展趋势[J]. 顾方媛,陈朝银,石家骥,钱世钧. 微生物学杂志. 2008(01)
[5]纤维素酶的多型性[J]. 孟雷,陈冠军,王怡,高培基. 纤维素科学与技术. 2002(02)
博士论文
[1]固态发酵培养基物化特性及其固态发酵新工艺的研究[D]. 刘阳.中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所) 2019
[2]木质纤维素结构的绿色解聚和木质素、纤维素的提取与转化[D]. 毕志豪.中国科学技术大学 2019
[3]基于碱的木质纤维素预处理和酶解及相关机理研究[D]. 吕晓静.暨南大学 2018
[4]疣孢漆斑菌酶系对玉米秸秆木质素影响及酶解增效作用机理研究[D]. 苏瑛杰.吉林农业大学 2018
[5]产纤维素酶菌株筛选优化及对秸秆厌氧发酵的促进机制[D]. 赵肖玲.中国农业大学 2018
[6]我国生物质原料资源及能源潜力评估[D]. 张蓓蓓.中国农业大学 2018
[7]里氏木霉高产纤维素酶的机理研究和应用[D]. 李程程.东南大学 2018
[8]中国新能源发展研究[D]. 张海龙.吉林大学 2014
[9]醋化级溶解浆制备及其理化性能的分析表征[D]. 刘文.北京林业大学 2014
[10]咪唑类离子液体对生物质中木质纤维素选择性提取及分离[D]. 李维尊.南开大学 2013
硕士论文
[1]基于IMM模型提高玉米秸秆纤维素水解反应效率的机制研究[D]. 刘璐.江苏大学 2019
[2]海洋黑曲霉生料固态发酵产纤维素酶及酶的固定化研究[D]. 魏丹华.浙江大学 2018
[3]预处理对稻秆厌氧发酵产气特性的影响研究[D]. 张敏娜.陕西科技大学 2018
[4]白腐真菌Inonotus obliquus产生纤维素酶的发酵工艺及木质纤维素糖化研究[D]. 林蒙蒙.浙江理工大学 2018
[5]不同预处理方法对玉米秸秆和沙柳纤维素降解率和乙醇产量的影响[D]. 张晓燕.内蒙古工业大学 2017
[6]高产纤维素酶黑曲霉ANSTJ01菌株的分离鉴定与生物学性状探究[D]. 安宝聚.山东农业大学 2017
[7]产纤维素酶菌株选育、优化培养及酶纯化工艺研究[D]. 张欢.沈阳航空航天大学 2013
[8]里氏木霉产纤维素酶诱导剂的筛选与过程优化[D]. 李辉.中南林业科技大学 2011
本文编号：3100057
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hxgylw/3100057.html
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