稻稈發(fā)酵產(chǎn)有機酸的試驗研究.pdf

1、我國秸稈資源十分豐富，年產(chǎn)量在7.6億噸以上，但秸稈資源化利用效率不高；而利用秸稈發(fā)酵產(chǎn)小分子有機酸，實現(xiàn)稻稈的資源化利用，已成為目前的研究熱點。秸稈結構復雜，主要由纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等大分子物質(zhì)組成，秸稈生物降解需要多種微生物的協(xié)同作用。由多種微生物組成的復合菌系是實現(xiàn)秸稈資源化利用的關鍵所在。
　　本研究以稻稈的高效降解產(chǎn)小分子有機酸為目標，研究復合菌系在稻稈降解過程中的動態(tài)變化規(guī)律與發(fā)酵產(chǎn)物之間的關系；分離及鑒定復合菌

2、系中各主要可培養(yǎng)單一菌，研究主要可培養(yǎng)單一菌的發(fā)酵特性，并通過單一菌強化復合菌系降解稻稈產(chǎn)酸發(fā)酵，揭示復合菌系發(fā)酵降解稻稈產(chǎn)小分子有機酸的生態(tài)調(diào)控機制。主要研究結果如下：
　?。?）稻稈經(jīng)1%的NaOH預處理后，能有效提高微生物的附著性能及生物降解率；SEM和 FT-IR顯示堿預處理不僅能溶解稻稈表面的蠟質(zhì)層，還能夠破壞稻稈內(nèi)部結構；堿預處理后稻稈的纖維素、半纖維含量相對原秸稈分別提高17.6%及12.7%，有效提高了稻稈的生物降

3、解率。
　?。?）利用奶牛糞、棉花地土壤、稻稈以及沼液作為發(fā)酵接種物，通過傳代富集培養(yǎng)，以濾紙條的降解作為考核指標，篩選出YF、NJF、Y-NJF三種對纖維素降解能力較強的復合菌系；通過 CMC-Na平板及 CZM平板定性篩選出復合菌系中各主要優(yōu)勢單一菌株，對其進行鑒定，結果表明：N-2、N-11和Y-1為脆弱擬桿菌屬；N-8和Y-3為大腸桿菌屬；N-10、Y-7、Y-10為黃單胞菌桿菌屬。
　?。?）復合菌系降解稻稈發(fā)酵產(chǎn)

4、酸試驗中，三種復合菌系對稻稈具有不同的降解效果，其中NJF對稻稈的降解效果最佳，15d時稻稈的降解率達到80.5%，而YF及Y-NJF分別為36.4%、32.5%。復合菌系NJF降解稻桿發(fā)酵過程中，甲酸為主要產(chǎn)物，最高產(chǎn)量達到2.40 g/L；復合菌系YF以產(chǎn)丙酸為主，最高產(chǎn)量為0.78 g/L；復合菌系Y-NJF以產(chǎn)乙酸為主，最高產(chǎn)量為1.86 g/L。此外，三種復合菌系發(fā)酵體系內(nèi)菌落生長具有相似的動態(tài)變化規(guī)律，均表現(xiàn)為“前期指數(shù)上升

5、—中后期緩慢下降—后期迅速下降”的變化情況，并且三種復合菌系都表現(xiàn)出一定的纖維素酶活力，其中復合菌系NJF表現(xiàn)出優(yōu)異的內(nèi)切-β-葡聚糖酶活力及β-葡萄苷糖酶活力；復合菌系Y-NJF表現(xiàn)出較好的外切-β-葡聚糖酶活力；復合菌系YF表現(xiàn)出良好的外切-β-葡聚糖酶活力。
　?。?）從復合菌系NJF中篩選出N（2、8、10、11、12），從復合菌系Y-NJF中篩選出Y（1、3、6、7、10），對這十株單一菌進行了單一底物（稻稈、葡萄糖、木

6、質(zhì)素、脫脂棉）發(fā)酵產(chǎn)酸實驗，結果顯示：單一菌對各底物的降解規(guī)律相似，各底物的降解率由高至低依次為：脫脂棉>稻稈>木質(zhì)素。各單一菌以稻稈為底物時，有機酸產(chǎn)量明顯低于復合菌系；但同時也發(fā)現(xiàn)單一菌 Y-7在降解木質(zhì)素底物中產(chǎn)甲酸性能較為突出；單一菌N-12在利用葡萄糖為底物中產(chǎn)乙酸性能較為突出；并且通過實驗優(yōu)化，從復合菌系NJF中篩選出N（2、8、10）、復合菌系Y-NJF中篩選出Y（3、6、7）6株產(chǎn)酸量相對較高的單一菌株。
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7、）通過不同發(fā)酵階段添加單一菌強化復合菌系產(chǎn)酸，強化稻稈降解結果表明：單一菌在不同時間的添加對復合菌系降解稻稈的強化作用由高至低分別是：B組（2d）>A組（1d）>C組（3d）。強化復合菌產(chǎn)酸結果表明：各有機酸產(chǎn)量由高至低分別為：甲酸>乳酸>乙酸>丙酸>丁酸；其中，B組（2d）中單一菌Y-6對復合菌系產(chǎn)乳酸的強化作用最佳，強化產(chǎn)量增加0.12 g/L，A組（1d）中單一菌Y-7對復合菌系產(chǎn)甲酸的強化作用最佳，強化產(chǎn)量增加0.44 g/L，

8、B組（2d）中單一菌Y-7對復合菌系產(chǎn)乙酸的強化作用最佳，強化產(chǎn)量增加0.13 g/L。
　　（6）單一菌在第2d加入復合菌系時，研究四株單一菌（Y-3、Y-7、N-2及N-10）對復合菌系強化效果的動態(tài)變化規(guī)律，結果顯示：各單一菌強化復合菌系產(chǎn)乙酸的動態(tài)變化規(guī)律一致，均呈現(xiàn)“先增后降”的趨勢，其中加入單一菌Y-3的復合菌系，降解稻稈至第4d時，強化作用最佳，乙酸產(chǎn)量增加了0.28 g/L，而單一菌強化復合菌系產(chǎn)甲酸時，加入 Y-