纤维素热解产物的微生物转化研究

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生物质是地球上最丰富的可再生资源,转化和利用纤维类生物质是缓解或解决目前世界面临的资源、能源、环境等重大问题的途径之一。热解是生物质的快速转化方法之一,热解后液体组分为热解液,内醚糖(LG)是热解液的主要组分之一(最高达40%)。目前,内醚糖和热解液的有效利用是人们关注的热点。本工作以内醚糖为碳源筛选了 3株能利用内醚糖的微生物(ZS2、FX和GT)。其中ZS2、FX菌在培养4d后对2%内醚糖的利用率都达100%,GT菌在培养7d后对2%内醚糖的利用率也达100%.结合菌落形态与ITS序列分析等方法鉴定,三种微生物分别为嗜松青霉、桔青霉和冠突散囊菌。热解液因含有醛酮类等物质而对很多微生物有抑制作用,因此有必要对其进行预处理。用5%活性炭+Ca(OH)2对热解液进行处理后,三种微生物均可在其中生长并利用其中的内醚糖,转化效率分别为桔青霉(4d,100%),嗜松青霉(5d,90%),冠突散囊菌(7d,91%.)。对预处理前后的热解液进行GC-MS分析,结果表明处理前热解液中的醛酮类物质(以糠醛量最高,18.5%)在处理后均大大降低,其中六甲基环三氧硅烷、1,2-环戊二酮、5-甲基糠醛、3-甲基-1,2-环戊二酮和羟甲基呋喃酮的去除率达100%,糠醛的脱除率为77%.以热解液和内醚糖为原料产高附加值产物的结果表明,嗜松青霉以内醚糖为碳源可产纤维素酶(5d,β-葡萄糖苷酶活力341U/ml)。以预处理热解液培养后β-葡萄糖苷酶活力为559 U/ml。冠突散囊菌可利用内醚糖和预处理热解液产黑色素,经7d时间培养所得的黑色素量(干重)分别为2.7g/L和3.9g/L。黑色素的结构分析鉴定其为真黑素。产乙醇的实验结果表明,酿酒酵母可以利用内醚糖为碳源产乙醇,但产率较低,发酵72h后乙醇浓度为0.2%.以微晶纤维素和纤维素粉为材料,热解后热解液成分差异进行GC-MS分析,研究表明在相同热解条件下,两者物质组分差异较大,微晶纤维素热解液中醛酮类物质的量远少于纤维素粉热解液。两者内醚糖的量也有很大差异(前者为38.0%,后者仅为3.6%)。纤维素粉为材料研究酸解对热解液组分影响,结果表明酸解对热解液中成分的种类和各化合物的相对质量分数都有显著变化,且酸解后内醚糖的得率有大幅度下降(仅为0.22%,酸解处理前3.6%)。
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