【摘要】：近些年來,由于化石燃料消耗逐漸殆盡,生物乙醇燃料得到了快速的發(fā)展。糧食類物質如玉米用于生物乙醇生產給世界糧食供應造成了沉重負擔。非糧食物質如木質纖維素被認為是理想的用于生物乙醇生產的底物。生物乙醇生產工業(yè)過程獲得最大收益的先決條件在于將木質纖維素水解產物中的六碳糖和五碳糖完全和高效的轉化為生物乙醇。提高秸稈中的纖維素和半纖維素的利用率,關鍵是獲取高產纖維素酶和半纖維素酶的菌種以及對其發(fā)酵工藝研究。 國內外在纖維素酶生產、纖維素轉化燃料乙醇的研究方面取得了較大進展,而有關于半纖維素酶、半纖維素轉化燃料乙醇的研究相對較少。本課題以篩選高效的半纖維素降解菌為出發(fā)點,從水稻田田邊腐質土壤、腐爛的竹葉、樹葉、牛糞、菜園地旁腐爛草堆、腐質土壤及水稻田內腐爛稻草等樣品中經過富集培養(yǎng)和分離純化,共篩選到半纖維素降解菌42株,其中細菌37株,真菌5株。再根據(jù)秸稈降解率和半纖維素酶活測定試驗結果,確定FⅢ1、FV3、BV5為研究菌株,進行下一步實驗,其中FⅢ1、FV3為真菌,BV5為細菌。經過菌株鑒定,FⅢ1為特異青霉(Penicillium notatum), FV3為擴張青霉(Penicillium expansum), BV5為類芽孢桿菌屬(Paenibacillus sp.)。 為確定各菌發(fā)酵特性,分別以真菌FV3和FⅢ1為出發(fā)菌株,進行固體發(fā)酵初始pH值、稻草豆粕比、最適培養(yǎng)溫度、固體曲水料比、接種量、固體曲裝瓶量、最適發(fā)酵時間等單因子優(yōu)化實驗研究,確定最適固體發(fā)酵條件。真菌FV3最高酶活達到了7.94 IU/ml,真菌FⅢ最高酶活達到了6.21 IU/ml.發(fā)酵液中還原糖含量仍比較低,最高為0.79mg/ml半纖維素酶為多酶體系,因此下一步考慮到進行混菌試驗,選取半纖維素降解菌FV3、BV5和實驗室已有纖維素降解菌D-7兩兩組合進行混菌試驗。混菌發(fā)酵試驗結果顯示真菌FV3和細菌BV5為最優(yōu)組合,其糖化條件為：糖化開始時間為96 h、最適糖化溫度為50℃、最適糖化時間為72h。發(fā)酵液中還原糖含量達到1.48mg/ml,比單菌發(fā)酵提高了約80%。固體發(fā)酵容器擴大到15L后,還原糖含量達到4.34mg/ml,比上一級規(guī)模提高了193%。 最后,利用畢赤酵母和釀酒酵母發(fā)酵糖化產物產酒精,最大規(guī)模15L發(fā)酵試驗得到稻草到酒精的轉化率為9.27%,產品酒精濃度16.59mg/ml。
【圖文】：

圈的有無來判斷多糖或者半纖維素是否被分解。此方法簡便易行，因而得到很多研究者的廣泛采用。本實驗采用的培養(yǎng)基如下:改進后的半纖維素剛果紅培養(yǎng)基:州執(zhí))250;29，MgSO;·7HZO0.59，KHZpO;19，，半纖維素109，瓊脂209，蒸餾水1000mL，121℃滅菌30min，pH自然。效果也特別明顯，結果與后面用酶活來測定的結果相一致。1.6秸稈發(fā)酵制乙醇的工藝由生物質原料發(fā)酵生產乙醇，首先要對原料進行前處理，再用酶或酸水解聚合物成可發(fā)酵的單糖，然后再經發(fā)酵將六碳糖或五碳糖轉化成乙醇，最后就是乙醇的凈化(蒸餾或過濾)，殘余固體物質的氣化和廢水處理(陰春梅等，2007)。這個過程中有兩個關鍵步驟，一是將木質纖維素水解，得到含較高濃度的糖和較低濃度發(fā)酵抑制劑的水解糖液;二是水解糖液的高效乙醇發(fā)酵，包括高效利用葡萄糖和木糖等生產乙醇(Je腸esetal.，1999)。

1.7木糖發(fā)酵迄今為止已發(fā)現(xiàn)100多種微生物能代謝木糖產乙醇，人們研究最多且最有工業(yè)應用前景的微生物有3種:管囊酵母、樹干畢赤酵母和休哈塔假絲酵母。然而，它們對乙醇的耐受力比S.。erevisa。要低2一4倍(ClassenPametal.，1999)。在商業(yè)生產上發(fā)酵速率較慢，發(fā)酵過程中供氧不好控制，對纖維素底物的水解和預處理過程中產生的阻礙物敏感。木糖盡管可以通過木糖異構酶轉化為傳統(tǒng)酵母可發(fā)酵的木酮糖，但其成本較高(BadalC5.，2003)。另外，高溫厭氧細菌TBGILI被認為是另一有利用潛力的菌種。Geo筆ieva(Geo筆ievaT1etal.，2007)等對玉米秸稈稀酸水解液連續(xù)乙醇發(fā)酵進行了評估，發(fā)現(xiàn)在10%總固體含量的培養(yǎng)基中發(fā)酵，木糖幾乎完全被利用;并且研究中沒用抗雜菌試劑，發(fā)酵135天未發(fā)現(xiàn)污染。一些研究者報道了pstiPitis中能夠發(fā)酵木糖的木聚糖酶的異源表達(DenHaanRetal.，2001;DenHaanRetal.，2003;MorosoliRetal.，1993)。
【學位授予單位】：華中農業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2010
【分類號】：S216.2

【參考文獻】

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本文編號：2646409