太阳能生物酶洗毛菌种的筛选与表征

【摘要】：现有羊毛纤维材料初加工普遍采用化学方法,加入的表面活性剂和无机盐易造成纤维材料表面化学残留,洗毛废水排放造成严重的水环境污染,且洗毛工艺在较高温度和较强机械作用下进行,消耗大量能源。为了解决上述问题,本文主要研究了适于生物酶洗毛的脂肪酶菌种的筛选与鉴定、菌种生长条件优化、菌种发酵条件优化、生物酶洗毛工艺条件优化以及太阳能热水系统的能源消耗与收益分析。 本研究以原毛表层污物为样本来源,分离得到两株适于生物酶洗毛的高产脂肪酶菌株。经菌株菌落形态、生理生化指标鉴定和16S rDNA菌种鉴定,确定1#菌为脂肪酶产生菌拟杆菌(Bacteroidetes),2#菌为脂肪酶产生菌鞘氨醇杆菌(Sphingobacterium sp.),两者的16S rDNA序列已登录GenBank,其登录号分别为NC01600、FJ859899. 为进一步提高菌种产酶活力,对筛选的两株脂肪酶高产菌种进行种子发酵培养基优化,其中Bacteroidetes的最佳种子发酵培养基组成为：葡萄糖10g/L,牛肉膏10g/L, NaCl5g/L, pH7.5. Sphingobacterium sp.的最佳种子发酵培养基组成为：葡萄糖10g/L,牛肉膏20g/L, NaCl5g/L, pH7.5.前者最适生长温度为28℃,而后者为30℃。经发酵条件优化,得至Bacteroidetes拘最佳工艺条件为：牛肉膏10g/L,(NH4)2SO410g/L, MgSO4·7H2O0.5g/L, K2HPO4lg/L, pH7.5的培养基条件下,接种量1%,装液量30mL/250mL三角瓶,转速180r/min,28℃培养28h; Sphingobacterium sp的最佳工艺条件为：牛肉膏5g/L,(NH4)2SO420g/L, MgSO4·7H2O0.5g/L, K2HPO41g/L, pH7.5的培养基条件下,接种量1%,装液量40mL/250mL三角瓶,转速180r/min,30℃培养36h。 经上述优化条件培养后,研究了生物酶洗毛工艺条件优化,将Bacteroidetes和Sphingobacterium sp的脂肪酶液以3：1的最佳复配比例进行洗毛工艺条件的优化,确定最佳洗毛工艺条件为：酶用量7%、浴比1：35、温度35℃、pH7.5、时间20h。相对于优化前的洗毛工艺,纤维含脂率明显降低。同时,与传统洗毛相比,生物酶法洗毛所得洗净毛断裂强度降低,断裂伸长率增加,对洗净毛的白度影响不大。 生物酶催化条件温和,对热源的要求比较低,利用所筛选的脂肪酶产生菌,采用太阳能热水系统即可满足生物酶洗毛的热水需求。因此,本文研究成果可为洗毛工业的绿色生产提供一定理论基础。 【关键词】：生物酶 洗毛 拟杆菌 鞘氨醇杆菌 工艺优化 能源消耗与收益
【学位授予单位】：大连工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TQ925
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-11
• 第一章 文献综述11-15
• 1.1 研究意义11-12
• 1.2 国内外研究概况12-13
• 1.3 论文研究内容及创新点13-15
• 1.3.1 研究内容13-14
• 1.3.2 创新点14-15
• 第二章 生物酶洗毛菌种的分离筛选与鉴定15-27
• 2.1 材料与方法15-19
• 2.1.1 实验材料15-16
• 2.1.1.1 羊毛15
• 2.1.1.2 主要仪器设备15-16
• 2.1.1.3 主要试剂16
• 2.1.2 实验方法16-19
• 2.1.2.1 培养基16-17
• 2.1.2.2 含脂率测定17
• 2.1.2.3 菌种筛选流程17
• 2.1.2.4 菌种初筛17
• 2.1.2.5 菌种复筛17-18
• 2.1.2.6 菌种的鉴定流程18
• 2.1.2.7 16S rDNA PCR(Polymerase Chain Reaction)扩增18
• 2.1.2.8 PCR产物电泳18-19
• 2.1.2.9 PCR产物纯化19
• 2.1.2.10 PCR产物的序列测定和分析19
• 2.1.2.11 菌株菌落形态特征19
• 2.1.2.12 菌株生理生化特征19
• 2.2 结果与讨论19-26
• 2.2.1 脂肪酶菌种筛选19-20
• 2.2.2 菌种分子生物学鉴定20-24
• 2.2.2.1 菌种16S rDNA PCR20-21
• 2.2.2.2 16S rDNA PCR产物纯化21
• 2.2.2.3 16S rDNA PCR产物的序列测定和分析21-24
• 2.2.3 菌株菌落形态特征24-25
• 2.2.4 菌株的形态特征25-26
• 2.2.5 菌种生理生化鉴定26
• 2.3 本章小结26-27
• 第三章 生物酶洗毛菌种生长条件优化27-42
• 3.1 实验材料27-28
• 3.1.1 菌种27
• 3.1.2 实验仪器27
• 3.1.3 实验试剂27-28
• 3.2 试验方法28-30
• 3.2.1 培养基28
• 3.2.2 种子发酵液的制备28
• 3.2.3 培养基的单因素实验28-29
• 3.2.3.1 碳源29
• 3.2.3.2 氮源29
• 3.2.3.3 无机盐29
• 3.2.3.4 初始pH29
• 3.2.3.5 碳氮比29
• 3.2.4 Bacteroidetes与Sphingobacterium sp.的培养基优化正交试验29-30
• 3.2.5 菌体生长条件优化30
• 3.3 实验结果与分析30-41
• 3.3.1 Bacteroidetes培养基的单因素实验结果与分析30-35
• 3.3.1.1 碳源实验结果分析30-31
• 3.3.1.2 氮源实验结果分析31-32
• 3.3.1.3 无机盐实验结果分析32
• 3.3.1.4 初始pH单因素实验结果32-33
• 3.3.1.5 碳氮比实验结果分析33-34
• 3.3.1.6 Bacteroidetes培养基优化正交试验结果与分析34-35
• 3.3.2 Shingobacterium sp.培养基的单因素实验结果与分析35-40
• 3.3.2.1 碳源单因素实验35-36
• 3.3.2.2 氮源单因素实验36-37
• 3.3.2.3 无机盐单因素实验37
• 3.3.2.4 初始pH单因素实验37-38
• 3.3.2.5 碳氮比单因素实验38-39
• 3.3.2.6 Sphingobacterium sp.培养基优化正交试验结果与分析39-40
• 3.3.3 最适温度测定40-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第四章 生物酶洗毛菌种发酵条件优化42-54
• 4.1 实验材料42-44
• 4.1.1 菌种42
• 4.1.2 实验仪器42-43
• 4.1.3 实验试剂43-44
• 4.2 脂肪酶活力测定(酸碱滴定法)44-45
• 4.2.1 原理44
• 4.2.2 脂肪酶活测定44-45
• 4.3 发酵条件优化45-53
• 4.3.1 培养基配制45-46
• 4.3.2 接种和发酵46
• 4.3.3 碳源对产酶的影响46-47
• 4.3.4 氮源对产酶的影响47-49
• 4.3.5 初始pH对产酶的影响49
• 4.3.6 发酵温度对产酶的影响49-50
• 4.3.7 发酵时间对产酶的影响50-51
• 4.3.8 接种量对产酶的影响51-52
• 4.3.9 摇瓶装量对产酶的影响52-53
• 4.4 本章小结53-54
• 第五章 洗毛工艺条件优化54-64
• 5.1 实验材料与方法54-58
• 5.1.1 材料54
• 5.1.2 菌种54
• 5.1.3 实验仪器54-55
• 5.1.4 实验试剂55
• 5.1.5 酶液制备55
• 5.1.6 实验方案55-57
• 5.1.6.1 寻求最佳酶液互配方式56
• 5.1.6.2 寻求最佳酶液互配比例和最佳酶用量56
• 5.1.6.3 单因素实验56
• 5.1.6.4 正交实验56-57
• 5.1.7 纤维检测分析57-58
• 5.1.7.1 含脂率测定57
• 5.1.7.2 白度测试57
• 5.1.7.3 纤维拉伸性能测试57-58
• 5.2 结果与讨论58-63
• 5.2.1 酶液复配方式58
• 5.2.2 酶液复配比例及酶用量58-59
• 5.2.3 单因素实验59-62
• 5.2.3.1 最佳洗毛温度59-60
• 5.2.3.2 最佳洗毛pH值60-61
• 5.2.3.3 最佳洗毛浴比61
• 5.2.3.4 最佳洗毛时间61-62
• 5.2.4 正交试验62-63
• 5.2.5 生物酶法洗毛对羊毛纤维主要指标的影响63
• 5.3 本章小结63-64
• 第六章 太阳能热水系统能源消耗与收益分析64-67
• 第七章 结论与展望67-70
• 7.1 结论67-68
• 7.2 展望68-70
• 参考文献70-73
• 致谢73

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