【摘要】：農(nóng)作物秸稈是世界公認的最大可再生資源,而玉米秸稈作為最常見的農(nóng)作物秸稈,在我國的儲量相當豐富。但由于種種原因,玉米秸稈資源沒有被有效利用,大部分被廢棄焚燒,這不僅浪費資源,也帶來了環(huán)境問題。利用微生物將其轉(zhuǎn)化為單細胞蛋白,可以在提高玉米秸稈資源利用效率的同時,有效地緩解由焚燒秸稈帶來的環(huán)境污染問題。本文主要對利用玉米秸稈生產(chǎn)單細胞蛋白過程中的菌種選育、材料預處理和發(fā)酵條件優(yōu)化等方面進行了研究。為獲得適宜降解玉米秸稈的纖維素酶高產(chǎn)菌株,對米曲霉、黑曲霉、綠色木霉和炭黑曲霉四株纖維素酶產(chǎn)生菌的產(chǎn)酶能力進行比較,確定以黑曲霉作為發(fā)酵玉米秸稈的生產(chǎn)菌株。經(jīng)過單因素實驗對黑曲霉在玉米秸稈上產(chǎn)纖維素酶時麩皮、氮源、接種量和吐溫-80含量進行了優(yōu)化。在此基礎上利用正交實驗,進一步優(yōu)化了黑曲霉產(chǎn)酶過程中的料水比、初始pH值和發(fā)酵時間。最終,確定了黑曲霉在玉米秸稈基質(zhì)上產(chǎn)酶的條件:玉米秸稈16g,麩皮4g,以5%硝酸銨為氮源,添加0.2%的吐溫-80,黑曲霉孢子接種量10%,料水比1:2.5,溫度30℃,初始pH6,發(fā)酵時間72h。為進一步提高黑曲霉的產(chǎn)酶能力,獲得高效產(chǎn)酶降解纖維素的菌株,對黑曲霉進行了紫外誘變-亞硝基胍復合誘變。在剛果紅-羧甲基纖維素鈉培養(yǎng)基上,獲得4株明顯的正變株,經(jīng)固態(tài)發(fā)酵復篩,選出產(chǎn)酶最高株U2,以此菌株作為出發(fā)菌株,再用亞硝基胍進行誘變,獲得3株正變菌株,再經(jīng)固態(tài)發(fā)酵復篩。最后,獲得正變菌株N2,其濾紙酶活力達32.14U,較出發(fā)菌株提高36.53%,且遺傳較為穩(wěn)定。通過單因素試驗,得到硫酸預處理玉米秸稈的濃度以1%為宜,氫氧化鈉以0.2mol/L為宜,黃孢原毛平革菌預處理5天即可提高玉米秸稈的酶解效率。在此基礎上比較了三種玉米秸稈預處理方式。結(jié)果表明,氫氧化鈉預處理效果最顯著,其次是生物預處理,再是硫酸預處理,三者均能提高玉米秸稈的酶解效率,并且這種提高與預處理后的秸稈與纖維素酶的吸附接觸能力提高密切相關。從質(zhì)量損失來看,生物預處理對預處理的損耗最少。為提高生物預處理中的專一性,避免纖維素被大量降解,利用中心組合試驗對處理條件進行了優(yōu)化。擬合得到預處理秸稈酶解率回歸方程為:Y=-625.1075+101A+58.92B+17.46C+18.757D+19.2AB-0.18AC+1.575AD+0.32BC-1.95BD-0.785CD-11.62A2-18.52B2-0.10788C2-0.18125D2。通過響應面分析,得到優(yōu)化的發(fā)酵條件為:pH值5.48、無機鹽液中含硫酸錳0.54g/L、發(fā)酵溫度36.25,裝填量9.86g。通過比較不同預處理的玉米秸稈發(fā)酵生產(chǎn)單細胞蛋白,認為生物預處理可以更好的保留玉米秸稈中的蛋白質(zhì)。通過正交實驗優(yōu)化,得出黃孢原毛平革菌預處理玉米秸稈發(fā)酵產(chǎn)單細胞蛋白的最優(yōu)條件為:固液比1:2.5,黃孢原毛平革菌預處理4天,初始pH6,黑曲霉接種24h后接種產(chǎn)朊假絲酵母,發(fā)酵96h,裝填量12g。玉米秸稈經(jīng)發(fā)酵后粗蛋白含量達到30.93%,真蛋白提高到16.26%,酸水解后的總氨基酸達12.1%,三者分別提高了71.34%、126.46%、166.45%,營養(yǎng)價值顯著提高。
【學位授予單位】：蘭州交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：S816

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