利用玉米秸秆半纤维素降解产物发酵产乙醇菌株的筛选

【摘要】：煤炭、石油资源枯竭，地球污染在日益加重，人类现在亟需寻找一种新的能源以便能够改变目前这种严峻的能源危机。乙醇作为一种清洁高效的能源，早已被世界各国所关注。地球上每年都产生数以万计的木质纤维素，这也为发展燃料乙醇产业提供了丰富的原材料。目前，国内纤维素作为发酵乙醇的原料，其利用率远低于国外最好水平，主要原因是产乙醇菌株对秸秆中半纤维素降解产物木糖的糖醇转换率较低。 本研究对从保定周边秸秆堆积场所采集到的样品进行高效利用木糖产乙醇菌株的筛选，同时还筛选得到产半纤维素酶菌株，并以玉米秸秆稀酸水解液和半纤维素酶酶解液为原料，进行了乙醇发酵的初步探索和比较。 分离、筛选得到6株可利用木糖发酵产乙醇的菌株，初始木糖40.0g/L，(NH_4)_2SO_45.0g/L，KH_2PO_41.0g/L，酵母粉0.5g/L，MgSO_47H_2O0.5g/L，pH6.5条件下，利用木糖发酵产乙醇能力在10.46g/L-12.38g/L之间，木糖利用率在68.75%-79.17%之间，乙醇得率在0.35g/g-0.41g/g之间。对发酵时间和培养基成分优化后，初始性能最佳的菌株M-105在木糖50.0g/L，(NH_4)_2SO_45.5g/L，KH_2PO_41.0g/L，酵母粉1.5g/L，MgSO_47H_2O2.0g/L，pH6.5条件下发酵60h，乙醇产量和木糖利用率分别达23.37g/L和98.85%，乙醇得率达到了0.471g/g。筛选得到16株产半纤维素酶菌株，其中只有3-B009菌株酶活性较稳，且酶活力相对较高；在对其进行发酵条件优化后，半纤维素酶活力达341.94U/mL(17097U/g)。 在此基础之上，用2%的稀硫酸对玉米秸秆进行了预处理，脱毒得到玉米秸秆水解液，HLPC-示差折光法测得浓缩水解液木糖含量为46.62g/L，不含葡萄糖。利用M-105菌株发酵水解液，乙醇产量和木糖利用率分别为10.29g/L和61.39%。利用3-B009发酵所得半纤维素酶粗酶液处理玉米秸秆，优化酶液用量后，酶解48h，木糖含量5.093g/L。半纤维素水解率较低，尚无法直接用于发酵。 基于26SrDNAD1/D2结构域序列的系统发育分析和初步鉴定表明，高效发酵木糖产乙醇的菌株M-105为热带假丝酵母(Candidatropicalis)；在土豆汁木糖培养基培养5d可形成假菌丝。根据基于16SrDNA序列的系统发育分析，半纤维素酶产生菌3-B009属于类诺卡氏属(Nocardioides)；高氏一号培养基28℃培养3d，基丝断裂、形成断裂小体。 【关键词】：乙醇 玉米秸秆 木糖 半纤维素酶 热带假丝酵
【学位授予单位】：河北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TQ223.122;Q93
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第1章 绪论13-24
• 1.1 概述13
• 1.2 木质纤维素发酵生产乙醇的发展现状及其展望13-16
• 1.2.1 国内木质纤维素生产乙醇发展现状13-14
• 1.2.2 国外木质纤维素生产乙醇发展现状14-15
• 1.2.3 木质纤维素发酵生产乙醇展望15-16
• 1.3 玉米秸秆预处理及其脱毒研究16-20
• 1.3.1 玉米秸秆预处理研究16-19
• 1.3.2 玉米秸秆水解液的脱毒研究19-20
• 1.4 玉米秸秆发酵制乙醇技术研究20-22
• 1.4.1 一步发酵法20
• 1.4.2 两步发酵法20-21
• 1.4.3 同步糖化发酵法21
• 1.4.4 非等温同步糖化发酵法21
• 1.4.5 固定化方法21-22
• 1.5 微生物代谢木糖产乙醇机理22-23
• 1.6 本课题研究目的、意义及技术路线23-24
• 1.6.1 本课题研究目的和意义23
• 1.6.2 本课题研究技术路线23-24
• 第2章 高效利用木糖产乙醇菌株筛选24-40
• 2.1 实验材料24-26
• 2.1.1 实验样品24
• 2.1.2 主要培养基24-25
• 2.1.3 主要试剂25
• 2.1.4 实验主要仪器25-26
• 2.2 实验方法26-27
• 2.2.1 样品富集26
• 2.2.2 菌种的分离与纯化26
• 2.2.3 菌种的初筛26
• 2.2.4 菌种的复筛26
• 2.2.5 菌株发酵木糖产乙醇稳定性测定26-27
• 2.2.6 菌株发酵条件的优化27
• 2.3 实验结果与讨论27-38
• 2.3.1 初筛结果27
• 2.3.2 复筛结果27-28
• 2.3.3 利用木糖发酵性能测定结果28-32
• 2.3.4 菌株发酵条件的优化结果32-38
• 2.4 小结38-40
• 第3章 玉米秸秆水解液的制备及其发酵产乙醇40-47
• 3.1 实验材料40
• 3.1.1 菌种40
• 3.1.2 实验主要试剂40
• 3.1.3 实验仪器40
• 3.2 实验方法40-41
• 3.2.1 玉米秸秆水解液的制备40
• 3.2.2 木糖、葡萄糖标准曲线的制作40-41
• 3.2.3 玉米秸秆水解液的主要成分分析41
• 3.2.4 玉米秸秆水解液的脱毒及其发酵产乙醇41
• 3.3 实验结果与讨论41-46
• 3.3.1 玉米秸秆水解液的主要成分分析41-45
• 3.3.2 玉米秸秆水解液脱毒及发酵产乙醇45-46
• 3.4 小结46-47
• 第4章 高效降解半纤维素菌株的筛选47-56
• 4.1 实验材料47-48
• 4.1.1 实验样品47
• 4.1.2 实验主要培养基47
• 4.1.3 实验主要试剂47
• 4.1.4 实验仪器47-48
• 4.2 实验方法48-49
• 4.2.1 样品富集48
• 4.2.2 菌种的分离与初筛48
• 4.2.3 分离菌的纯化48
• 4.2.4 菌种的复筛48
• 4.2.5 木糖标准曲线的制作48
• 4.2.6 半纤维素酶活力的测定48-49
• 4.2.7 利用半纤维素酶的粗酶液处理玉米秸秆49
• 4.3 实验结果与讨论49-53
• 4.3.1 初筛结果49
• 4.3.2 复筛结果49-50
• 4.3.3 对 3-B009 产酶发酵条件的优化50-53
• 4.4 半纤维素粗酶液处理玉米秸秆53-55
• 4.4.1 粗酶液处理玉米秸秆时间的优化53-54
• 4.4.2 粗酶液加酶量的优化54-55
• 4.5 小结55-56
• 第5章 菌株 M-105 和 3-B009 的初步鉴定56-66
• 5.1 实验材料56-57
• 5.1.1 菌株来源56
• 5.1.2 主要培养基56
• 5.1.3 主要试剂56-57
• 5.1.4 主要仪器57
• 5.2 实验方法57-61
• 5.2.1 培养和形态特征鉴定57-58
• 5.2.2 菌株系统发育地位分析58-60
• 5.2.3 酵母菌 M-105 生理生化特征鉴定60-61
• 5.3 实验结果61-65
• 5.3.1 M-105 菌落形态特征61-62
• 5.3.2 3-B009 培养和形态特征62-63
• 5.3.3 PCR 产物电泳检测结果63
• 5.3.4 系统发育树63-64
• 5.3.5 酵母菌 M-105 生理生化鉴定64-65
• 5.4 小结65-66
• 结论66-67
• 参考文献67-71
• 致谢71-72
• 攻读学位期间取得的科研成果72

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

纤维素酶提取工艺及酶学性质的研究    缪静;张术臻;程显好;冯志彬;王营营;

利用农业废弃物生产嗜热真菌(T.lanuginosus)耐热木聚糖酶的固体发酵研究    李秀婷,杨绍青,江正强,李里特

半纤维素制备条件优化    彭园花;卢红梅;曾祥钦;

我国燃料乙醇的发展与对策    韦永贡;

不同脱毒方法对玉米秸秆水解液酒精发酵的影响    张强;Anders Thygesen;Anne Belinda Thomsen;

农作物秸秆生物法降解的研究    潘亚杰,张雷,郭军,张大雷

TTC在发酵木糖高产乙醇的休哈塔假丝酵母选育中的应用    董博宇;陈叶福;岳瑞雪;肖冬光;

玉米秸秆生产燃料乙醇技术    张迪;丁长河;李里特;洪丰;

一株纤维素酶产生菌的筛选鉴定    张强;杨岩;

玉米秸秆中纤维素、半纤维素和木质素的测定    王金主;王元秀;李峰;高艳华;徐军庆;袁建国;

玉米秸秆发酵生产酒精的研究    张强

木质纤维素原料预处理及酶解的研究    赵志刚

木质纤维素酸水解研究    张军伟

海洋青霉(Penicilliumsp.)FS010441的形态学观察和产纤维素酶性质初步研究    游银伟,汪天虹,岳寿松

不同微量元素对出芽短梗霉发酵的影响    韩丛琴;王兴华;

蜜环菌胞外多糖的分离纯化及其性质研究    孙玉军,陈彦,王洵,李燕斐

荧光光谱法研究茜素红S与壳聚糖的结合反应    高贵珍;刘小阳;

天门冬糖蛋白的分离纯化及其糖肽键的研究    张部昌,赵帜平,袁华玲,陈祖智,毕建军

天门冬糖蛋白AG-b的研究    张部昌,赵帜平

绿色木霉合成纤维素酶部分培养条件的优化    邵喜霞;韩大勇;张力;

壳聚糖水解方法的研究    鲍明升,魏光

休哈塔假丝酵母发酵木糖产乙醇的研究    周逢云;汤斌;张庆庆;陈阿娜;翟光雯;陈中碧;

麦秸秆稀酸水解条件的研究    程旺开;汤斌;张庆庆;陈阿娜;翟光雯;周逢云;陈中碧;

马氏珠母贝各组织及其糖胺聚糖中四种重金属含量分析    衣美艳;范秀萍;吴红棉;胡雪琼;

皱皮木瓜多糖的单糖组成分析    张亚敏;刘捷;王文;

生物菌剂对秸秆厌氧发酵的影响    王赛月;牛明芬;庞小平;

沈阳地区生物质燃料的开发和利用    杨晓辉;

绿液预处理对麦草化学成分及酶水解糖化的影响    黄婷;陆青山;金永灿;谷峰;张厚民;Hasan Jameel;Richard Phillips;李忠正;

球孢白僵菌血清学的初步研究    丁珊;汤坚;丁贵银;孙继美;于宙;吴克;

纤维素酶及其在废木质纤维素制可还原糖中的应用    姜晓云;王家德;

纤维素经离子液体[Amim][COOH]预处理酶解糖化    代辉;刘振;夏池;王键吉;

秸秆预处理技术对比研究    周礼;吴达科;谢春燕;

茶多糖研究进展    崔宏春;余继忠;周铁锋;黄海涛;张建勇;江和源;江用文;

一种新型虫草生物学及其活性物质的研究    李蓉

海参岩藻聚糖硫酸酯及其酶解产物的制备、结构与活性研究    常耀光

微生物胞外多糖的结构及其抗氧化活性研究    郭守东

壳聚糖快速制备技术及降血脂、免疫增强活性研究    李兆杰

珠子参化学成分及其活性成分的筛选研究    张延妮

荔枝果肉多糖的分离纯化与结构表征及抗氧化活性研究    孔凡利

淀粉/纤维素类生物质发酵联产氢气和甲烷的机理研究    谢斌飞

麦秆液化制备可降解聚氨酯泡沫材料方法及机理研究    陈秋玲

桦褐孔菌多糖纯化、结构及其抗肿瘤机制研究    陈义勇

稻草秸秆的预处理及生产乙醇的研究    孙万里

莲原花青素的酶辅助提取技术及其在油脂中的抗氧化活性研究    禹华娟

深海细菌Martelella mediterranea纤维素酶基因的克隆、表达与酶学分析    董俊丽

藕带多酚氧化酶性质及藕带保鲜初步研究    荣保华

一株热带假丝酵母利用木糖生长及其产酒精特性的研究    刘兰杰

毕赤酵母木糖还原酶的改造及重组酿酒酵母发酵木糖生产乙醇的初步研究    董莉莉

生物质快速热解制生物质油的实验研究    胡兴涛

马铃薯淀粉制备磷酸寡糖的研究    杨文军

桦褐孔菌胞外多糖液体深层发酵及木质纤维素促进产糖效果的研究    陈辉

汽爆玉米秸秆同步糖化发酵产乙醇的工艺研究    赖智乐

小麦胚酸奶工艺优化及营养学评价    陈小梅

稀酸降解植物纤维素的研究    杭志喜,崔海丽

纤维素酶高产菌株选育研究进展    陈阿娜;汤斌;

关于开发生物能源的研究    徐忠东;

玉米秸秆发酵生产燃料乙醇的研究综述    张亮;伍小兵;翟井振;

秸秆生产乙醇的预处理方法分析    王许涛;周恒涛;张百良;

纤维素酶的研究进展    谷嵩;刘昱辉;

毛壳菌纤维素酶活及发酵产物蛋白质含量测定    辛健康;薛泉宏;

纤维素酶高产菌株的诱变选育    武秀琴;王敏;

高酶活纤维素分解菌分离筛选的研究    岳思君;李学斌;李爱华;蒙秋燕;

纤维素酶研究现状及其在畜牧业中的应用    戴四发,金光明,王立克,黎观红,胡忠泽,闻爱友,蔡治华,程育昕

纤维素酶高产菌株的选育    吴旻

玉米芯酸水解工艺及其水解液的乙醇发酵研究    王晨霞

纤维素稀酸水解制取燃料酒精的试验研究    安宏

高产木聚糖酶芽孢杆菌的分离筛选及其酶性质研究    秦玉花

高效代谢木质纤维素稀酸水解物产乙醇并降解毒性物质菌种分离及其发酵特性    张兰波

纤维素物质同时糖化法制备燃料乙醇的研究    刘钟骏

粗糙脉孢菌(Neurospora crassa)木糖发酵的研究    张潇,朱冬青,王丹,林建强,曲音波,余世袁

木糖发酵生产L-乳酸的菌种保存条件筛选    张秀凤;王军;

发酵木糖生产乙醇的野生菌和转基因菌的研究进展    王罗琳;丁长河;王艳敏;张亚云;

木糖发酵重组酿酒酵母研究进展(英文)    朱顺妮;张明婷;周卫征;庄新姝;徐惠娟;亓伟;袁振宏;

一株中型假丝酵母发酵木糖产乙醇的特性研究    胡海军;葛向阳;梁运祥;

木糖发酵产氢菌的筛选及其生长产氢特性研究    许继飞;任南琪;邱颉;苏东霞;

毕赤酵母菌变异株发酵特性的研究    牟建楼;王颉;张伟;陈志周;袁丽;

能源上的应用    

酵母属间原生质体融合改进菌株木糖发酵性能    毛华,曲音波,高培基,李炜

广谱碳源产油酵母菌的筛选    李永红;刘波;孙艳;赵宗保;白凤武;

树干毕赤酵母cDNA文库构建及EST序列测定    徐勇;范一民;勇强;黄敏仁;余世袁;

木糖利用重组运动发酵单胞菌的构建及其发酵性能的初步研究    张颖;马瑞强;洪浩舟;陈明;林敏;

牛毛水解液脱色条件的研究    王全杰;杨淼坤;谭小军;

蛋白质碱水解液中色氨酸的紫外测定    刘智广;陈镔鍑;

游离细胞发酵木质纤维素稀酸水解液产乙醇研究    钱明宇;张晶;李学凤;潘亚平;杨秀山;

一株管囊酵母发酵稻草水解液制乙醇的研究    赵金生;杨震宇;都占魁;杨正宇;

固定化细胞木质纤维素稀酸水解液乙醇发酵研究    张晶;钱明宇;李学凤;潘亚平;杨秀山;

豆乳酒发酵条件优化    崔蕊静;李汉臣;杜茂宝;张梅申;

五倍子发酵工艺研究    胡昌江;瞿燕;

一种具有免疫活性多肽的研究    张骞;林永齐;

代谢工程在发酵工程中的运用    何国庆 张灏

巴氏杀菌乳和UHT灭菌乳中复原乳的鉴定    

降低原料成本我国有优势技术    中国农业大学生物质工程中心副主任 李十中

绿色银瀑啤酒再铸辉煌    本报记者 李昌淑

淡水鱼综合加工有待挖潜    张海洋

氰纶工业废物处理领域专利技术    魏衍亮

购买酱油要注意标签    史纪萍 金泉明

生物技术开发 甲鱼增值    支勇平

北京研制出纯天然虾精粉    张缓

乙醇原料需转型 粮食涨价现契机    本报记者 郭锦辉　孙国民

红麻骨纤维质转化燃料乙醇的关键技术研究    阮奇城

基因重组大肠杆菌发酵糖枫木片热水抽提物水解液转化合成生物乙醇的研究    刘亭君

粗糙脉孢菌AS3.1602乙醇发酵的代谢研究    张志华

玉米秸秆为原料燃料乙醇制备的关键问题研究    李冬梅

利用玉米秸秆制取燃料乙醇的关键技术研究    陈明

稻草秸秆的预处理及生产乙醇的研究    孙万里

木糖利用重组运动发酵单胞菌的构建及乙醇胁迫下大肠杆菌表达谱分析    张颖

发酵木糖产乙醇真菌的分离鉴定及产乙醇代谢特性的研究    庞宗文

以木质纤维素为原料发酵生产丙酮丁醇的过程以及科学机理研究    张杰

玉米秸秆发酵生产酒精的研究    张强

利用玉米秸秆半纤维素降解产物发酵产乙醇菌株的筛选    蔺盛勋

树干毕赤酵母在水解液中的驯化和木糖发酵    赵晨

木糖发酵生产乙醇菌种的选育及发酵工艺条件的优化    解蕙铭

木质纤维转化乙醇优势菌的筛选和优化    曾盈宇

代谢木糖产乙醇的酿酒酵母重组菌株的初步构建    张金鑫

基因工程酵母发酵木糖生产酒精的研究    王周芳

管囊酵母发酵木糖产乙醇    赵磊

大肠杆菌SZ470利用稻草秸秆产乙醇关键问题的研究    严涛

L-乳酸产生菌的太空诱变及发酵条件的研究    侯艳梅

休哈塔假丝酵母抑制性差减文库的建立及其分析    邱兴天