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生物质的微生物转化是生物质资源开发利用的重要途径,微生物菌株的高效性和生物质的全量、清洁利用是实施转化的关键。本文以畜禽废弃物和作物秸秆这两类典型的生物质为研究对象,利用所选育的曲霉与其它菌株配伍,实现畜禽废弃物的快速腐熟,生产生物有机肥;利用所筛选的脉孢菌对作物秸秆中玉米芯进行乙醇发酵,实现生物质的能源、资源和环境效益一体化。
所选育的曲霉对生物质物料的转化能力强、适应温度范围宽,生长迅速。发酵52h后,其纤维素酶、木聚糖酶和CMC酶活性分别为4.8U/g、82.4U/g和44.2U/g,菌株酶系丰富,适合用作堆肥处理中降解纤维物料的微生物。
本工作以曲霉和其他菌株组合成不同配方的微生物发酵剂对畜禽废弃物进行堆肥处理研究。实验结果表明,其中三个配方的堆肥升温迅速,在50℃以上温度可维持十余天,达到了GB7959-87中的无害化标准(堆温50℃~55℃,持续5~7天)。所开发的微生物发酵剂可实现畜禽废弃物的快速腐熟,发酵后物料含水量显著降低,其中的养分和有机质含量达到农业部有机肥行业标准(NY525-2002),由于所选菌群的特性,发酵后物料中还具有较高的磷酸酶活性,有利于土壤中不溶性有机磷的活化。
所选育的脉孢菌也具有生长迅速,营养要求简单,酶系丰富的特点。在稻草、玉米芯、土豆渣、麸皮、棉秆等培养基上,该菌均能快速生长,经测定具有纤维素酶、木聚糖酶(半纤维素酶)、CMC酶、蛋白酶和糖化酶等多种酶活性。在以玉米芯粉为碳源的液体培养中,48h的菌体生物量可达12.8g/L(干重)。
脉孢菌可利用多种原料转化为乙醇,不但能利用葡萄糖和木糖,也能利用淀粉和纤维素等多糖产生乙醇。在180r/min,30℃的条件下培养两天后,转入装有10g/L玉米芯的血清瓶中35℃,100 r/min条件下培养两天,可得到4.11g/L的乙醇,利用率达85%.如果直接以玉米芯为原料培养菌丝时,乙醇产量可达4.9g/L,以葡萄糖为底物(20g/L)时,乙醇产量可达8.15g/L。
对脉孢菌的初步诱变结果表明,紫外和微波诱变都能提高菌株的乙醇产量,诱变后的菌株可分别得到4.53g/L和4.33g/L的乙醇,比诱变前分别提高了10.2%和5.4%.
脉孢菌酒精发酵后得到含有大量菌丝体的酒糟剩余物,粗蛋白含量为31.5%(干重),可以作为很好的饲料。在酒糟的综合利用中,将其滤液接入产朊假丝酵母后,培养72h后,酵母产量可达7.75g/L(干重)。
使用脉孢菌对秸秆固态发酵后,物料的粗纤维量从32.4%降到27.3%,粗蛋白从7.4%提高到16.5%,另外所得物料中还含有类胡萝卜素(187.5μg/g)、维生素B<,12>(450.1μg/g)等营养物质与丰富的酶,可作为优质的饲料。