复合细菌系预处理玉米秸秆厌氧发酵产气潜能研究

来源 :黑龙江八一农垦大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zona418
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玉米秸秆空间结构稳定,难以被厌氧消化所利用。为提高农业废弃物的利用率,解决玉米秸秆利用率低的问题,探讨了自主筛选木质纤维素分解复合菌系对不同木质纤维素材料分解效果及产气潜力,并对复合细菌系进行鉴定。发酵周期为15天,通过p H、玉米秸秆的减重、酶活性、木质纤维素的含量、SCOD含量、挥发性脂肪酸含量和产甲烷量等指标评价玉米秸秆的分解效果,采用高通量测序技术研究微生物多样性。本实验综合了物理化学生物预处理方法,并对不同预处理方式进行比较,结果表明:自主筛选复合细菌系对滤纸等简单结构纤维素材料和玉米秸秆均有显著降解效果。滤纸结构较玉米秸秆简单且与玉米秸秆同为木质纤维素材料,复合细菌系对滤纸进行降解,3天滤纸开始裂解,6天完全破碎,失重率达76%,脱脂棉预处理7天失重率达85%。复合细菌系预处理20目玉米秸秆粉产甲烷效果最佳,半纤维素降解率为35.2%,纤维素降解率为23.7%,木质素降解率为37.1%。内切酶和外切酶在第5天活性达到最高0.033 IU/m L和0.035 IU/m L,β-葡萄糖苷酶逐渐上升,第7天达到峰值0.032 IU/m L后开始下降,木聚糖酶从降解开始到结束均呈现上升趋势,第9天达到峰值0.045 IU/m L。锰过氧化物酶和木质素过氧化物酶逐渐升高第5天活性最高达到11.47 IU/m L和7.25 IU/m L,漆酶一直呈现上升趋势第9天达到峰值12.52 IU/m L。经复合细菌系预处理的20目玉米秸秆粉甲烷产量达262.5 m L/g TS,比未预处理的20目玉米秸秆粉产甲烷体积提升60.6%,日产甲烷高峰提前2天。较公认最佳产气粒径40目玉米秸秆粉产气提升49.8%,日产甲烷高峰提前2天。较黄孢原毛平革菌预处理的颗粒状玉米秸秆产甲烷提升48.4%。较Na OH预处理段状秸秆产甲烷提升96.6%。微生物菌群分析:通过限制性培养条件和连续传代培养,筛选获得了一组有效分解玉米秸秆的复合细菌系,利用高通量测序技术对复合菌群降解体系样品的细菌组成进行分析,发现变形菌门(Proteobacteria)和厚壁菌门(Firmicutes)是复合细菌系门水平上优势细菌类群。从属水平分类,假单胞菌属(Pseudomonas)和鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)为属水平上优势菌群。鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)是一类丰富的新型微生物资源,可用于芳香化合物包括纤维素类材料的生物降解。复合细菌系检测出的菌门与菌属均可分泌纤维素酶,都具备木质纤维素降解能力。
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