构建混合微生物菌群降解稻草生成乙醇的研究

来源 :南昌大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jinshi46
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地球上每年大约形成1000亿吨植物有机物,是自然界分布最广、含量最多、价格低廉而又可再生的资源,若能将这些资源有效利用,对解决人类环境污染、粮食短缺和能源危机具有重要意义。稻草秸秆是我国南方主要的纤维素秸秆,传统的处理方式不仅污染环境而且利用率低。本研究通过从样品中分离筛选得到降解稻草能力较强的菌株,采用构建混合微生物菌群的方式降解稻草,进行摇瓶发酵实验,并对糖化过程的发酵条件进行了优化,初步研究了混菌发酵糖化液产乙醇的研究。研究概括如下:(1)本实验通过刚果红平板初筛,稻草发酵复筛,从稻田土壤、牛瘤胃液、牛粪中分离到三株产纤维素酶菌株,初步鉴定为一株曲霉,两株细菌。筛选得到的三株菌和实验室保藏的链霉菌、里氏木霉、康氏木霉和红褐肉座菌进行稻草发酵产酶试验,其中产酶活最高的是里氏木霉,CMC酶活和FPA酶活分别为3.193IU/mL和1.617IU/mL,对其进行单菌单因素优化试验,得到里氏木霉产糖最佳条件为:稻草粉6%,麸皮5%,起始pH4.5,发酵温度30℃,发酵时间7天,优化后产糖量为14.971mg/mL,约为优化前的1.4倍。(2)通过平板初筛,稻草发酵复筛,从样品中分离到两株产半纤维素酶菌株,初步鉴定为一株曲霉,一株青霉。对这两株菌进行发酵产酶复筛试验,其中产酶活较高的是BW2青霉,半纤维素酶活达462.1U/mL,对其进行单菌单因素优化试验,得到青霉产糖最佳条件为:稻草粉7%,麸皮5%,起始pH6.5,发酵温度28℃,发酵时间6天,优化后产糖量为14.754mg/mL,约为优化前的1.6倍。(3)通过平板初筛,稻草发酵复筛,从样品中分离到一株在苯胺蓝平板上能产生透明圈的菌株,另外实验室保藏的平菇也能在苯胺蓝平板上产生清晰透明圈。两株菌进行发酵产酶复筛试验,其中产酶活较高的是平菇,愈创木酚氧化酶活性和锰依赖过氧化物酶活性分别达81U和0.556U,对其进行单菌单因素优化试验,得到平菇产糖最佳条件为:稻草粉8%,麸皮6%,起始pH5.5,发酵温度28℃,发酵时间10天,优化后产糖量为14.754mg/mL,约为优化前的1.7倍。(4)混菌发酵降解稻草:平菇、里氏木霉和青霉进行菌种兼容性试验显示,霉菌的生长优势比平菇明显,前者对后者有竞争抑制性作用,将平菇先进行稻草发酵培养可有效避免霉菌的抑制作用。三菌株混菌发酵降解稻草秸秆的优化培养条件如下:稻草添加量6%,麸皮添加量3%,先接入平菇置28℃发酵7天,再接入里氏木霉和青霉置32℃发酵3天,起始pH为6时的混菌发酵产糖量达到最高,为19.52mg/mL,是优化前的1.28倍。(5)葡萄汁酵母、裂殖酵母、啤酒酵母、安琪酵母四株产乙醇酵母中安琪酵母在以稻草发酵糖化液为主要碳源时,产乙醇能力最强,为3.172%(V/V),残糖量较低,为2.097mg/mL。因此选择安琪酵母做后续研究。在稻草经糖化后的发酵培养基分别补充尿素、蛋白胨、牛肉膏、硫酸铵、氯化铵五种常见的氮源从而确定在稻草糖化液中补充添加不同氮源对安琪酵母产乙醇的影响。实验结果表明以尿素为氮源时,安琪酵母产乙醇水平最高,残余还原糖较低。因此选择了尿素作为稻草糖化液发酵产乙醇培养基的补充氮源进行后续的研究。(6)通过平板初筛,稻草发酵复筛,从样品中分离到一株分解木糖能力较好的菌株标记为,初步鉴定为酵母。进行发酵复筛试验测酒精产量,其酒精产量为1.454%(V/V)。在稻草经糖化后的发酵培养基补充氮源尿素,添加木糖发酵菌株进行产乙醇发酵试验,得到酒精产量3.265%,残糖量3.582 mg/mL,酒精得率0.164g/g(酒精/消耗的糖)。而同时添加安琪酵母和木糖发酵菌株进行产乙醇发酵试验,得到酒精产量4.156%,残糖量1.130 mg/mL,酒精得率0.181g/g(酒精/消耗的糖)。
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