筛选高效半纤维素降解菌及利用秸秆发酵酒精研究

发布时间：2020-05-01 01:36

【摘要】：近些年来,由于化石燃料消耗逐渐殆尽,生物乙醇燃料得到了快速的发展。粮食类物质如玉米用于生物乙醇生产给世界粮食供应造成了沉重负担。非粮食物质如木质纤维素被认为是理想的用于生物乙醇生产的底物。生物乙醇生产工业过程获得最大收益的先决条件在于将木质纤维素水解产物中的六碳糖和五碳糖完全和高效的转化为生物乙醇。提高秸秆中的纤维素和半纤维素的利用率,关键是获取高产纤维素酶和半纤维素酶的菌种以及对其发酵工艺研究。国内外在纤维素酶生产、纤维素转化燃料乙醇的研究方面取得了较大进展,而有关于半纤维素酶、半纤维素转化燃料乙醇的研究相对较少。本课题以筛选高效的半纤维素降解菌为出发点,从水稻田田边腐质土壤、腐烂的竹叶、树叶、牛粪、菜园地旁腐烂草堆、腐质土壤及水稻田内腐烂稻草等样品中经过富集培养和分离纯化,共筛选到半纤维素降解菌42株,其中细菌37株,真菌5株。再根据秸秆降解率和半纤维素酶活测定试验结果,确定FⅢ1、FV3、BV5为研究菌株,进行下一步实验,其中FⅢ1、FV3为真菌,BV5为细菌。经过菌株鉴定,FⅢ1为特异青霉(Penicillium notatum), FV3为扩张青霉(Penicillium expansum), BV5为类芽孢杆菌属(Paenibacillus sp.)。为确定各菌发酵特性,分别以真菌FV3和FⅢ1为出发菌株,进行固体发酵初始pH值、稻草豆粕比、最适培养温度、固体曲水料比、接种量、固体曲装瓶量、最适发酵时间等单因子优化实验研究,确定最适固体发酵条件。真菌FV3最高酶活达到了7.94 IU/ml,真菌FⅢ最高酶活达到了6.21 IU/ml.发酵液中还原糖含量仍比较低,最高为0.79mg/ml半纤维素酶为多酶体系,因此下一步考虑到进行混菌试验,选取半纤维素降解菌FV3、BV5和实验室已有纤维素降解菌D-7两两组合进行混菌试验。混菌发酵试验结果显示真菌FV3和细菌BV5为最优组合,其糖化条件为：糖化开始时间为96 h、最适糖化温度为50℃、最适糖化时间为72h。发酵液中还原糖含量达到1.48mg/ml,比单菌发酵提高了约80%。固体发酵容器扩大到15L后,还原糖含量达到4.34mg/ml,比上一级规模提高了193%。最后,利用毕赤酵母和酿酒酵母发酵糖化产物产酒精,最大规模15L发酵试验得到稻草到酒精的转化率为9.27%,产品酒精浓度16.59mg/ml。
【图文】：

生物加工,同步糖化发酵,示意图

圈的有无来判断多糖或者半纤维素是否被分解。此方法简便易行，因而得到很多研究者的广泛采用。本实验采用的培养基如下:改进后的半纤维素刚果红培养基:州执)250;29，MgSO;·7HZO0.59，KHZpO;19，，半纤维素109，琼脂209，蒸馏水1000mL，121℃灭菌30min，pH自然。效果也特别明显，结果与后面用酶活来测定的结果相一致。1.6秸秆发酵制乙醇的工艺由生物质原料发酵生产乙醇，首先要对原料进行前处理，再用酶或酸水解聚合物成可发酵的单糖，然后再经发酵将六碳糖或五碳糖转化成乙醇，最后就是乙醇的净化(蒸馏或过滤)，残余固体物质的气化和废水处理(阴春梅等，2007)。这个过程中有两个关键步骤，一是将木质纤维素水解，得到含较高浓度的糖和较低浓度发酵抑制剂的水解糖液;二是水解糖液的高效乙醇发酵，包括高效利用葡萄糖和木糖等生产乙醇(Je肠esetal.，1999)。

戊糖,酿酒酵母,代谢途径

1.7木糖发酵迄今为止已发现100多种微生物能代谢木糖产乙醇，人们研究最多且最有工业应用前景的微生物有3种:管囊酵母、树干毕赤酵母和休哈塔假丝酵母。然而，它们对乙醇的耐受力比S.。erevisa。要低2一4倍(ClassenPametal.，1999)。在商业生产上发酵速率较慢，发酵过程中供氧不好控制，对纤维素底物的水解和预处理过程中产生的阻碍物敏感。木糖尽管可以通过木糖异构酶转化为传统酵母可发酵的木酮糖，但其成本较高(BadalC5.，2003)。另外，高温厌氧细菌TBGILI被认为是另一有利用潜力的菌种。Geo笔ieva(Geo笔ievaT1etal.，2007)等对玉米秸秆稀酸水解液连续乙醇发酵进行了评估，发现在10%总固体含量的培养基中发酵，木糖几乎完全被利用;并且研究中没用抗杂菌试剂，发酵135天未发现污染。一些研究者报道了pstiPitis中能够发酵木糖的木聚糖酶的异源表达(DenHaanRetal.，2001;DenHaanRetal.，2003;MorosoliRetal.，1993)。
【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】：S216.2

【参考文献】