木质纤维转化乙醇优势菌的筛选和优化

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全球经济的高速发展导致以石油为代表的不可再生的各类矿物质资源日益短缺,寻找可再生性能源成为必然的趋势。燃料乙醇是公认的最有发展前景的可再生清洁能源之一。以木质纤维素类生物质生产燃料乙醇不仅能够降低燃料乙醇生产成本,同时对废物处理、环境保护等方面起到一定的作用。木糖是木质纤维素水解物中含量仅次于葡萄糖的一种单糖。木糖的有效利用是木质纤维素生物转化生产乙醇的关键环节之一。因此,高糖利用率和高耐抑制物能力的木糖发酵菌种的选育一直是该领域的热门课题。本论文以微生物学的理论为基础,根据木糖发酵菌的特点,从自然环境中分离筛选出一株高效发酵木糖产乙醇的菌株,根据菌株的生理生化特性和分子生物学手段对该菌株进行了鉴定。同时对其发酵木糖生产乙醇的工艺进行了参数优化,为该菌株在纤维素生产燃料乙醇的应用奠定了一定基础。其主要研究内容如下:1.发酵木糖产乙醇细菌的分离、筛选及鉴定采用以木糖为唯一碳源的木糖筛选平板分离法,从富含腐烂纤维素的土壤中筛选出22株木糖发酵菌株。在以木糖为唯一碳源的发酵培养基上进行木糖发酵实验,以乙醇产量为指标,根据检测结果,最终筛选出一株高效木糖发酵菌株,命名为菌株18。对该株菌进行形态学和生理生化学的鉴定,并结合其16s rDNA序列鉴定结果表明,该菌株与蜡状芽孢杆菌(Bacillus cereus)的16s rDNA的序列同源性高达100%,确定其为蜡状芽孢杆菌。2.发酵木糖产乙醇细菌的理化性质研究对菌种18的耐受性研究表明,菌株18适应的pH值范围比较宽,在pH值为4.5~10.0的培养基都能生长,其中在pH值为6.0-8.5的范围内生长比较良好;其适应的NaCl浓度范围也比较宽,在NaCl浓度为5~40g/L范围内的培养基上都能生长,在NaCl浓度为15g/L时生长最好。其氧化酶、过氧化氢酶和硝酸盐还原实验均成阳性。3.发酵条件的优化该菌株可以分别利用木糖和葡萄糖发酵产乙醇,在厌氧条件下,发酵木糖的最大乙醇产量为6.36954g乙醇/90g木糖,是其理论产量的20.11%;发酵葡萄糖的最大乙醇产量为7.14627 g乙醇/90g葡萄糖,是其理论产量的21.19%。这一特点对于木质纤维素水解产物中葡萄糖和木糖的发酵具有理论意义,同时对于木质纤维素生产燃料乙醇的应用具有一定价值。在木糖发酵培养基的基础上,进行菌株发酵参数的优化。菌株18在以木糖为唯一碳源时,温度32℃,木糖30g/L的厌氧条件下培养72h,乙醇产率最高,达到其发酵木糖生成乙醇理论产率的32.24%,此时伴有一定量的酸生成,其pH值为3.32。
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