構(gòu)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(jī)物,是自然界分布最廣、含量最多、價(jià)格低廉而又可再生的資源,若能將這些資源有效利用,對(duì)解決人類環(huán)境污染、糧食短缺和能源危機(jī)具有重要意義。稻草秸稈是我國(guó)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(guò)從樣品中分離篩選得到降解稻草能力較強(qiáng)的菌株,采用構(gòu)建混合微生物菌群的方式降解稻草,進(jìn)行搖瓶發(fā)酵實(shí)驗(yàn),并對(duì)糖化過(guò)程的發(fā)酵條件進(jìn)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(shí)驗(yàn)通過(guò)剛果紅平板初篩,稻草發(fā)酵復(fù)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(xì)菌。篩選得到的三株菌和實(shí)驗(yàn)室保藏的鏈霉菌、里氏木霉、康氏木霉和紅褐肉座菌進(jìn)行稻草發(fā)酵產(chǎn)酶試驗(yàn),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(duì)其進(jìn)行單菌單因素優(yōu)化試驗(yàn),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(shí)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(guò)平板初篩,稻草發(fā)酵復(fù)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(duì)這兩株菌進(jìn)行發(fā)酵產(chǎn)酶復(fù)篩試驗(yàn),其中產(chǎn)酶活較高的是BW2青霉,半纖維素酶活達(dá)462.1U/mL,對(duì)其進(jìn)行單菌單因素優(yōu)化試驗(yàn),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(shí)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(guò)平板初篩,稻草發(fā)酵復(fù)篩,從樣品中分離到一株在苯胺藍(lán)平板上能產(chǎn)生透明圈的菌株,另外實(shí)驗(yàn)室保藏的平菇也能在苯胺藍(lán)平板上產(chǎn)生清晰透明圈。兩株菌進(jìn)行發(fā)酵產(chǎn)酶復(fù)篩試驗(yàn),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(guò)氧化物酶活性分別達(dá)81U和0.556U,對(duì)其進(jìn)行單菌單因素優(yōu)化試驗(yàn),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(shí)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(jìn)行菌種兼容性試驗(yàn)顯示,霉菌的生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)比平菇明顯,前者對(duì)后者有競(jìng)爭(zhēng)抑制性作用,將平菇先進(jìn)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(shí)的混菌發(fā)酵產(chǎn)糖量達(dá)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(shí),產(chǎn)乙醇能力最強(qiáng),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(bǔ)充尿素、蛋白胨、牛肉膏、硫酸銨、氯化銨五種常見(jiàn)的氮源從而確定在稻草糖化液中補(bǔ)充添加不同氮源對(duì)安琪酵母產(chǎn)乙醇的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明以尿素為氮源時(shí),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(bǔ)充氮源進(jìn)行后續(xù)的研究。
　　 (6)通過(guò)平板初篩,稻草發(fā)酵復(fù)篩,從樣品中分離到一株分解木糖能力較好的菌株標(biāo)記為,初步鑒定為酵母。進(jìn)行發(fā)酵復(fù)篩試驗(yàn)測(cè)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(bǔ)充氮源尿素,添加木糖發(fā)酵菌株進(jìn)行產(chǎn)乙醇發(fā)酵試驗(yàn),得到酒精產(chǎn)量3.265％,殘?zhí)橇?.582 mg/mL,酒精得率0.164g/g(酒精