構建混合微生物菌群降解稻草生成乙醇的研究.pdf

1、地球上每年大約形成1000億噸植物有機物,是自然界分布最廣、含量最多、價格低廉而又可再生的資源,若能將這些資源有效利用,對解決人類環(huán)境污染、糧食短缺和能源危機具有重要意義。稻草秸稈是我國南方主要的纖維素秸稈,傳統(tǒng)的處理方式不僅污染環(huán)境而且利用率低。本研究通過從樣品中分離篩選得到降解稻草能力較強的菌株,采用構建混合微生物菌群的方式降解稻草,進行搖瓶發(fā)酵實驗,并對糖化過程的發(fā)酵條件進行了優(yōu)化,初步研究了混菌發(fā)酵糖化液產(chǎn)乙醇的研究。研究概括如

2、下:
　　 (1)本實驗通過剛果紅平板初篩,稻草發(fā)酵復篩,從稻田土壤、牛瘤胃液、牛糞中分離到三株產(chǎn)纖維素酶菌株,初步鑒定為一株曲霉,兩株細菌。篩選得到的三株菌和實驗室保藏的鏈霉菌、里氏木霉、康氏木霉和紅褐肉座菌進行稻草發(fā)酵產(chǎn)酶試驗,其中產(chǎn)酶活最高的是里氏木霉,CMC酶活和FPA酶活分別為3.193IU/mL和1.617IU/mL,對其進行單菌單因素優(yōu)化試驗,得到里氏木霉產(chǎn)糖最佳條件為:稻草粉6％,麩皮5％,起始pH4.5,發(fā)酵溫

3、度30℃,發(fā)酵時間7天,優(yōu)化后產(chǎn)糖量為14.971mg/mL,約為優(yōu)化前的1.4倍。
　　 (2)通過平板初篩,稻草發(fā)酵復篩,從樣品中分離到兩株產(chǎn)半纖維素酶菌株,初步鑒定為一株曲霉,一株青霉。對這兩株菌進行發(fā)酵產(chǎn)酶復篩試驗,其中產(chǎn)酶活較高的是BW2青霉,半纖維素酶活達462.1U/mL,對其進行單菌單因素優(yōu)化試驗,得到青霉產(chǎn)糖最佳條件為:稻草粉7％,麩皮5％,起始pH6.5,發(fā)酵溫度28℃,發(fā)酵時間6天,優(yōu)化后產(chǎn)糖量為14.75

4、4mg/mL,約為優(yōu)化前的1.6倍。
　　 (3)通過平板初篩,稻草發(fā)酵復篩,從樣品中分離到一株在苯胺藍平板上能產(chǎn)生透明圈的菌株,另外實驗室保藏的平菇也能在苯胺藍平板上產(chǎn)生清晰透明圈。兩株菌進行發(fā)酵產(chǎn)酶復篩試驗,其中產(chǎn)酶活較高的是平菇,愈創(chuàng)木酚氧化酶活性和錳依賴過氧化物酶活性分別達81U和0.556U,對其進行單菌單因素優(yōu)化試驗,得到平菇產(chǎn)糖最佳條件為:稻草粉8％,麩皮6％,起始pH5.5,發(fā)酵溫度28℃,發(fā)酵時間10天,優(yōu)化后

5、產(chǎn)糖量為14.754mg/mL,約為優(yōu)化前的1.7倍。
　　 (4)混菌發(fā)酵降解稻草:平菇、里氏木霉和青霉進行菌種兼容性試驗顯示,霉菌的生長優(yōu)勢比平菇明顯,前者對后者有競爭抑制性作用,將平菇先進行稻草發(fā)酵培養(yǎng)可有效避免霉菌的抑制作用。三菌株混菌發(fā)酵降解稻草秸稈的優(yōu)化培養(yǎng)條件如下:稻草添加量6％,麩皮添加量3％,先接入平菇置28℃發(fā)酵7天,再接入里氏木霉和青霉置32℃發(fā)酵3天,起始pH為6時的混菌發(fā)酵產(chǎn)糖量達到最高,為19.52m

6、g/mL,是優(yōu)化前的1.28倍。
　　 (5)葡萄汁酵母、裂殖酵母、啤酒酵母、安琪酵母四株產(chǎn)乙醇酵母中安琪酵母在以稻草發(fā)酵糖化液為主要碳源時,產(chǎn)乙醇能力最強,為3.172％(V/V),殘?zhí)橇枯^低,為2.097mg/mL。因此選擇安琪酵母做后續(xù)研究。在稻草經(jīng)糖化后的發(fā)酵培養(yǎng)基分別補充尿素、蛋白胨、牛肉膏、硫酸銨、氯化銨五種常見的氮源從而確定在稻草糖化液中補充添加不同氮源對安琪酵母產(chǎn)乙醇的影響。實驗結果表明以尿素為氮源時,安琪酵母產(chǎn)

7、乙醇水平最高,殘余還原糖較低。因此選擇了尿素作為稻草糖化液發(fā)酵產(chǎn)乙醇培養(yǎng)基的補充氮源進行后續(xù)的研究。
　　 (6)通過平板初篩,稻草發(fā)酵復篩,從樣品中分離到一株分解木糖能力較好的菌株標記為,初步鑒定為酵母。進行發(fā)酵復篩試驗測酒精產(chǎn)量,其酒精產(chǎn)量為1.454％(V/V)。在稻草經(jīng)糖化后的發(fā)酵培養(yǎng)基補充氮源尿素,添加木糖發(fā)酵菌株進行產(chǎn)乙醇發(fā)酵試驗,得到酒精產(chǎn)量3.265％,殘?zhí)橇?.582 mg/mL,酒精得率0.164g/g(酒精