綠潮藻滸苔降解發(fā)酵制備生物乙醇研究.pdf

1、當(dāng)今世界，化石能源的緊缺現(xiàn)狀和生態(tài)環(huán)境污染問題不斷困擾著各國人民，加快追尋探索可再生清潔能源是全世界人民的共同希望。生物乙醇燃料在使用時(shí)，僅產(chǎn)生水和無污染氣體，在緩解能源緊張問題的同時(shí)，也可減輕環(huán)境污染壓力。我國自2007年以來，由于海水富營養(yǎng)化、氣候變化等有利因素，造成海洋綠藻大面積暴發(fā)，形成生物量巨大的海洋綠潮。本研究結(jié)合當(dāng)前能源緊缺問題，將生物量巨大的綠潮藻資源，通過一定的轉(zhuǎn)化方法，合理化利用其自身所含的多糖和纖維素等物質(zhì)，制備第

2、三代生物乙醇燃料。
　　本研究是以暴發(fā)時(shí)期打撈的綠潮藻滸苔（Ulva prolifera）為實(shí)驗(yàn)材料，測定了其藻體所含主要成分的含量，其目的是為進(jìn)一步高效降解滸苔成分進(jìn)行乙醇發(fā)酵奠定基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)測得，新鮮滸苔中可溶性粗多糖含量較高，達(dá)到20.57％，其次為粗蛋白和粗纖維，其中粗蛋白含量為18.05%，粗纖維15.33%，淀粉和灰分含量較少，分別為1.96%和9.53%，水分含量則為8.97%。在適當(dāng)?shù)娜跛岷腿鯄A的處理下，滸苔中的各成

3、分含量有所變化，其中的粗纖維、粗蛋白以及可溶性粗多糖的變化分別為：酸處理滸苔藻體，粗纖維含量12.27%，粗蛋白含量
　　16.88%，可溶性粗多糖含量25.82%；堿處理滸苔藻體，粗纖維含量13.50%，粗蛋白含量17.26%，可溶性粗多糖含量24.29%，而其藻體所含的灰分、淀粉和水分含量則變化不明顯。
　　為了高效降解滸苔中的粗纖維，本研究著重篩選了4株產(chǎn)纖維素酶能力較強(qiáng)的微生物菌株，經(jīng)過生物學(xué)分子鑒定后，得到F菌株與

4、（Aspergillaceae）高度相似，屬于花斑曲霉屬真菌，得到M、N、H3株細(xì)菌屬微生物，M、N與芽孢桿菌（Bacillus）極其相似，而H菌株與埃希氏桿菌屬（Escherichia）相似。F菌株在酶活性實(shí)驗(yàn)以及降解滸苔纖維素的實(shí)驗(yàn)中，都表現(xiàn)了較高的酶活性質(zhì)和高度降解滸苔纖維素的能力。在濾紙（FPA）酶活性實(shí)驗(yàn)中，F(xiàn)菌株的濾紙酶活性最高，為41.69U/mL，其次為H菌株，為20.63U/mL；在羧甲基纖維素（CMC）酶活性實(shí)驗(yàn)中，

5、F菌株的CMC酶活性為34.07U/mL，在半纖維素酶活性實(shí)驗(yàn)中，F(xiàn)菌株的半纖維素酶活性為17.50U/mL，其所產(chǎn)纖維素酶的3種酶活性都高于其他3株細(xì)菌屬相應(yīng)的酶活性。對于F菌株自身的濾紙纖維素酶活、CMC酶活性以及半纖維素酶活性中，濾紙纖維素酶活也是最高的。在探究外界因子對菌株所產(chǎn)酶液降解滸苔纖維素的實(shí)驗(yàn)探究中，發(fā)現(xiàn)F菌株降解纖維素的最適條件為：粗酶液添加量為6%，反應(yīng)溫度為38℃，反應(yīng)時(shí)間為48h，反應(yīng)的酸堿度為pH=6.8，在此

6、條件下，F(xiàn)菌株降解滸苔纖維素能夠得到最大的還原糖得率。
　　在發(fā)酵實(shí)驗(yàn)中，考慮到多因素在發(fā)酵時(shí)的相互影響，為進(jìn)一步提高發(fā)酵產(chǎn)物乙醇的產(chǎn)量，使用正交實(shí)驗(yàn)助手，設(shè)計(jì)了滸苔發(fā)酵的最優(yōu)條件組合。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：溫度在滸苔發(fā)酵中，影響作用最大，其次是底物類型，對滸苔發(fā)酵影響最小的因素為時(shí)間。滸苔發(fā)酵的最優(yōu)組合為：發(fā)酵底物類型為a（F菌株所產(chǎn)纖維素酶解滸苔粉處理液），發(fā)酵菌株接種量為1:25，發(fā)酵溫度為34℃，發(fā)酵pH為6.8，發(fā)酵時(shí)間為48小

7、時(shí)，在這種組合下，得到最高的乙醇產(chǎn)量為28.60g/L。在外源添加劑對發(fā)酵條件優(yōu)化的探究中，硫酸銨的最適添加量為7.0g/L，此時(shí)乙醇產(chǎn)量為29.37g/L，發(fā)酵液中剩余的還原糖含量僅為0.84mg，此時(shí)酵母菌細(xì)胞OD600的吸收值為0.89。硫酸鎂的添加量達(dá)到2.0g/L時(shí)，可得到最大的乙醇產(chǎn)量為29.96g/L。此時(shí)發(fā)酵液中的還原糖剩余量為1.13mg，發(fā)酵液中的酵母菌細(xì)胞OD600為0.87。氯化鈉的添加量達(dá)到1.3g/L時(shí)，乙醇