【摘要】：近些年來(lái),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(lèi)物質(zhì)如玉米用于生物乙醇生產(chǎn)給世界糧食供應(yīng)造成了沉重負(fù)擔(dān)。非糧食物質(zhì)如木質(zhì)纖維素被認(rèn)為是理想的用于生物乙醇生產(chǎn)的底物。生物乙醇生產(chǎn)工業(yè)過(guò)程獲得最大收益的先決條件在于將木質(zhì)纖維素水解產(chǎn)物中的六碳糖和五碳糖完全和高效的轉(zhuǎn)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(guān)鍵是獲取高產(chǎn)纖維素酶和半纖維素酶的菌種以及對(duì)其發(fā)酵工藝研究。 國(guó)內(nèi)外在纖維素酶生產(chǎn)、纖維素轉(zhuǎn)化燃料乙醇的研究方面取得了較大進(jìn)展,而有關(guān)于半纖維素酶、半纖維素轉(zhuǎn)化燃料乙醇的研究相對(duì)較少。本課題以篩選高效的半纖維素降解菌為出發(fā)點(diǎn),從水稻田田邊腐質(zhì)土壤、腐爛的竹葉、樹(shù)葉、牛糞、菜園地旁腐爛草堆、腐質(zhì)土壤及水稻田內(nèi)腐爛稻草等樣品中經(jīng)過(guò)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(xì)菌37株,真菌5株。再根據(jù)秸稈降解率和半纖維素酶活測(cè)定試驗(yàn)結(jié)果,確定FⅢ1、FV3、BV5為研究菌株,進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn),其中FⅢ1、FV3為真菌,BV5為細(xì)菌。經(jīng)過(guò)菌株鑒定,FⅢ1為特異青霉(Penicillium notatum), FV3為擴(kuò)張青霉(Penicillium expansum), BV5為類(lèi)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(jìn)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(shí)間等單因子優(yōu)化實(shí)驗(yàn)研究,確定最適固體發(fā)酵條件。真菌FV3最高酶活達(dá)到了7.94 IU/ml,真菌FⅢ最高酶活達(dá)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(jìn)行混菌試驗(yàn),選取半纖維素降解菌FV3、BV5和實(shí)驗(yàn)室已有纖維素降解菌D-7兩兩組合進(jìn)行混菌試驗(yàn)�；炀l(fā)酵試驗(yàn)結(jié)果顯示真菌FV3和細(xì)菌BV5為最優(yōu)組合,其糖化條件為：糖化開(kāi)始時(shí)間為96 h、最適糖化溫度為50℃、最適糖化時(shí)間為72h。發(fā)酵液中還原糖含量達(dá)到1.48mg/ml,比單菌發(fā)酵提高了約80%。固體發(fā)酵容器擴(kuò)大到15L后,還原糖含量達(dá)到4.34mg/ml,比上一級(jí)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(chǎn)物產(chǎn)酒精,最大規(guī)模15L發(fā)酵試驗(yàn)得到稻草到酒精的轉(zhuǎn)化率為9.27%,產(chǎn)品酒精濃度16.59mg/ml。
【圖文】：

圈的有無(wú)來(lái)判斷多糖或者半纖維素是否被分解。此方法簡(jiǎn)便易行，因而得到很多研究者的廣泛采用。本實(shí)驗(yàn)采用的培養(yǎng)基如下:改進(jìn)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(jié)果與后面用酶活來(lái)測(cè)定的結(jié)果相一致。1.6秸稈發(fā)酵制乙醇的工藝由生物質(zhì)原料發(fā)酵生產(chǎn)乙醇，首先要對(duì)原料進(jìn)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(jīng)發(fā)酵將六碳糖或五碳糖轉(zhuǎn)化成乙醇，最后就是乙醇的凈化(蒸餾或過(guò)濾)，殘余固體物質(zhì)的氣化和廢水處理(陰春梅等，2007)。這個(gè)過(guò)程中有兩個(gè)關(guān)鍵步驟，一是將木質(zhì)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(chǎn)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(chǎn)乙醇，人們研究最多且最有工業(yè)應(yīng)用前景的微生物有3種:管囊酵母、樹(shù)干畢赤酵母和休哈塔假絲酵母。然而，它們對(duì)乙醇的耐受力比S.。erevisa。要低2一4倍(ClassenPametal.，1999)。在商業(yè)生產(chǎn)上發(fā)酵速率較慢，發(fā)酵過(guò)程中供氧不好控制，對(duì)纖維素底物的水解和預(yù)處理過(guò)程中產(chǎn)生的阻礙物敏感。木糖盡管可以通過(guò)木糖異構(gòu)酶轉(zhuǎn)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(xì)菌TBGILI被認(rèn)為是另一有利用潛力的菌種。Geo筆ieva(Geo筆ievaT1etal.，2007)等對(duì)玉米秸稈稀酸水解液連續(xù)乙醇發(fā)酵進(jìn)行了評(píng)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(méi)用抗雜菌試劑，發(fā)酵135天未發(fā)現(xiàn)污染。一些研究者報(bào)道了pstiPitis中能夠發(fā)酵木糖的木聚糖酶的異源表達(dá)(DenHaanRetal.，2001;DenHaanRetal.，2003;MorosoliRetal.，1993)。
【學(xué)位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類(lèi)號(hào)】：S216.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2646409