高效纤维素降解菌的选育与利用秸秆生产酒精的初步研究

【摘要】：随着能源危机和环境污染问题的日益突出,世界能源结构正在经历由化石能源为主向可再生能源为主的变革。而生物质资源转化体系是引领第三次世界能源革命的技术平台。在此背景下,燃料乙醇已被视为替代和节约汽油的最佳燃料,尤其是纤维素乙醇已被当作最佳液体燃料并具有生态效益而成为工业生物技术的研究热点。 本课题以获得高效的纤维素降解菌为出发点,从腐烂的秸秆、树叶和污染的食用菌袋等样品中,在以滤纸为唯一碳源的选择培养基中筛选出68株生长快、有溃烂斑的菌株,再经刚果红筛选平板进一步鉴别,获得水解圈较大的菌株32株。在此基础上,经以滤纸为唯一碳源的液体培养基观察滤纸的崩溃情况和以秸秆为唯一碳源的液体发酵培养基中测定秸秆失重率和产酶的情况,最终筛选出了能够高效降解纤维素的4株好氧菌F-1、F-7、J-1、J-7,其中F-1和F-7为细菌,J-1和J-7为真菌。 以细菌F-7和真菌J-7为出发菌株进行了纤维素降解菌液体发酵单因子优化实验,发现细菌F-7在液体发酵培养基中最适条件为:pH 5.0,培养温度36℃,转速150 r/min,接种量为15%,添加1%的酵母粉,以硫酸铵为氮源,这时CMC酶活达到最高值30.28 U,比条件优化前提高了10.7%。真菌J-7在液体发酵培养基中最适条件为:pH 5.0,培养温度为36℃,转速150 r/min,接种量为10%,添加1%的酵母粉,以硫酸铵为氮源,CMC酶活达到最高值70.3 U,比条件优化前提高了25.3%。对J-7最有效的分段变温处理是在45℃培养36 h然后在28℃产酶,酶活最高达到了74.7 U,比在28℃不变温的情况下提高了5.8%。 本论文对利用秸秆进行乙醇发酵的条件进行了初步的研究,确定了最佳的J-7纤维素降解时间为72 h,再以15%的接种量接种酵母进行厌氧发酵24 h,得到的发酵液中乙醇浓度达到最高为12.92 mg/ml。并且通过分批加液的方法有效地提高秸秆纤维素的降解效率,增加乙醇的产率。在乙醇发酵体系中,最初加入50%的培养液,而后在24 h和36 h分别补加25%的培养液最有利于乙醇的生产,乙醇的浓度可高达13.56 mg/ml,比一次性加入全部培养液时高出了6.8%。 本课题研究通过优化J-7和F-7的秸秆降解条件后可以在较短时间内高效的降解纤维素,特别是利用J-7降解秸秆的糖化液进行发酵生产乙醇取得了很好的发酵效果,在纤维素资源的开发利用和利用纤维素发酵生产乙醇等方面具有重要意义。 【关键词】：木质纤维素 筛选 乙醇 秸秆
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：S38
【目录】：

• 目录4-7
• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第一章 前言10-22
• 1 燃料乙醇的研究意义及发展概况10-12
• 1.1 燃料乙醇简介10
• 1.2 燃料乙醇的研究意义10-11
• 1.2.1 燃料乙醇应用的背景10-11
• 1.2.2 燃料乙醇的优点和意义11
• 1.3 燃料乙醇的发展概况11-12
• 2 利用木质纤维素生产燃料乙醇的研究12-20
• 2.1 木质纤维素原料的组成12-13
• 2.2 木质纤维素的预处理13-14
• 2.3 木质纤维素的水解14-19
• 2.3.1 纤维素酶的组成及作用机制15-16
• 2.3.2 纤维素酶的来源16-17
• 2.3.3 纤维素酶的生产17
• 2.3.4 影响木质纤维素水解的因素17-19
• 2.4 乙醇发酵19-20
• 2.4.1 乙醇发酵菌种19
• 2.4.2 发酵工艺19-20
• 2.4.3 乙醇的回收和脱水20
• 3 本研究的内容与意义20-22
• 第二章 高效纤维素降解菌的筛选与分离22-38
• 1 材料和方法22-29
• 1.1 实验材料22-26
• 1.1.1 菌种来源22
• 1.1.2 培养基22-24
• 1.1.3 试剂及常用缓冲液24-25
• 1.1.4 仪器设备25-26
• 1.2 实验方法26-29
• 1.2.1 样品的采集26
• 1.2.2 高效纤维素降解菌的初筛实验26-27
• 1.2.3 高效纤维素降解菌的复筛实验27
• 1.2.4 葡萄糖标准曲线的绘制27-28
• 1.2.5 粗酶液的制备28
• 1.2.6 羧甲基纤维素酶活(CMCase)的测定28-29
• 1.2.7 菌株的鉴定方法29
• 2 结果与分析29-35
• 2.1 纤维素降解菌的初筛结果29-32
• 2.1.1 5种菌源初筛出的菌种29
• 2.1.2 刚果红筛选培养基筛选结果29-31
• 2.1.3 滤纸纤维素培养基筛选结果31
• 2.1.4 秸秆失重法筛选结果31-32
• 2.2 高效纤维素降解菌的复筛结果32-34
• 2.2.1 葡萄糖标准曲线32-33
• 2.2.2 CMC酶活力复筛结果33-34
• 2.3 菌株鉴定结果34-35
• 3 小结与讨论35-38
• 3.1 高效纤维素降解菌的初筛35-36
• 3.2 高效纤维素降解菌的复筛36-38
• 第三章 高效纤维素降解菌液体发酵条件研究38-49
• 1 材料和方法38-40
• 1.1 实验材料38-39
• 1.1.1 菌株38
• 1.1.2 培养基38-39
• 1.1.3 试剂及常用缓冲液39
• 1.1.4 仪器39
• 1.2 实验方法39-40
• 1.2.1 单菌种液体发酵方法39
• 1.2.2 分段变温液体发酵的方法39
• 1.2.3 混合菌种液体发酵39-40
• 1.2.4 粗酶液的提取40
• 1.2.5 CMC酶活力测定40
• 2.结果与分析40-47
• 2.1 pH值对液体发酵产酶的影响40-41
• 2.2 温度对液体发酵产酶的影响41-42
• 2.3 转速对液体发酵产酶的影响42-43
• 2.4 接种量对液体发酵产酶的影响43-44
• 2.5 添加辅助碳源对产酶的影响44-45
• 2.6 添加不同氮源对产酶的影响45-46
• 2.7 分段变温对产酶的影响46
• 2.8 混合菌种液体发酵对产酶的影响46-47
• 3.小结与讨论47-49
• 第四章 利用秸秆生产酒精的初步研究49-59
• 1 材料和方法49-52
• 1.1 实验材料49-50
• 1.1.1 菌株49
• 1.1.2 培养基49
• 1.1.3 试剂及常用缓冲液49-50
• 1.1.4 仪器50
• 1.2 实验方法50-52
• 1.2.1 乙醇发酵50
• 1.2.2 还原糖含量测定50
• 1.2.3 乙醇蒸馏50-51
• 1.2.4 乙醇含量的测定51
• 1.2.5 可溶性糖的硅胶G薄层层析51-52
• 1.2.6 分批加液发酵法52
• 2.结果与分析52-57
• 2.1 乙醇标准曲线52-53
• 2.2 发酵液成分分析53-54
• 2.3 乙醇发酵的条件优化54-57
• 2.3.1 秸秆的降解时间对乙醇发酵的影响54-55
• 2.3.2 酵母发酵时间对乙醇发酵的影响55
• 2.3.3 酵母的接种量对乙醇发酵的影响55-56
• 2.3.4 分批加液对乙醇发酵的影响56-57
• 3.小结与讨论57-59
• 参考文献59-63
• 致谢63

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

液体发酵法转化纤维素的研究    张英，张鹏，赵裕蓉

绿色木霉纤维素酶AS3.3032固态发酵的研究    张德强,黄镇亚,张志毅

里氏木霉生产纤维素酶的研究进展    张继泉,王瑞明,孙玉英,关凤梅

产纤维素酶黑曲霉LN0401液体发酵条件的分析    王战勇;苏婷婷;

燃料乙醇在美国和巴西的发展    王成军

利用微生物发酵生物质生产酒精工艺    王廷璞;曹丽娜;雷新有;

燃料乙醇的发展前景    傅其军

纤维素酶活力测定方法评述    刘洁,李宪臻,高培基

燃料乙醇热泵恒沸精馏新工艺的研究    刘宗宽,顾兆林,贺延龄,冯霄

一种改进的纤维素分解菌鉴别培养基    陈敏

康氏木霉纤维素酶的发酵及其对稻草降解利用的初探    刘小杰

生物质（秸秆）纤维燃料乙醇生产工艺试验研究    宋安东

利用丙酮丁醇梭菌进行木质纤维素同步糖化发酵的研究进展    方雪;

一株高效秸秆纤维素降解真菌的分离、鉴定及系统发育分析    李方正;唐亮;赵建文;王文娟;赵宏坤;

芦笋老茎堆肥中高温纤维素分解菌的分离、筛选及鉴定    李欣欣;王琳琳;申挺挺;宋志刚;韩建荣;

超强吸水材料在无水酒精生产过程中的应用研究    陈惜明,薛烽

一株纤维素酶产生菌的固态发酵初步研究    叶生梅,王岚岚,欧阳明

不同浓度的秋水仙碱对枯草杆菌产α-淀粉酶的影响    聂光军;薛正莲;岳文瑾;肖必青;陈军;

根霉Rhizopus sp. TC1产酶条件的研究    陈阿娜;汤斌;张庆庆;翟光雯;周逢云;

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;

稻草秸秆预处理实验研究    叶生梅;

红曲霉液体培养对产脂肪酶条件的研究    汤斌,张庆庆

生物菌剂对秸秆厌氧发酵的影响    王赛月;牛明芬;庞小平;

棒束孢霉碱性磷酸酯酶部分理化性质的研究    褚西宁;罗建颖;程巧梅;

大麻纤维性能及生物酶脱胶工艺研究    蒋少军;李志忠;张新璞;胥顺吉;

大麻纤维的生物酶脱胶技术    蒋少军;李志忠;张新璞;胥顺吉;

亚麻纤维的酶处理技术    蒋少军;李志忠;张新璞;

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;

苜蓿生产燃料乙醇研究    邢启明;孙启忠;高凤芹;

一株异淀粉酶产生菌的粗酶酶学性质研究及发酵条件优化    杨云娟;钟巧芳;唐湘华;李俊俊;黄遵锡;

浅论淀粉的能源转化技术    张品;王艳丽;刘钟栋;韩杰;白红超;

秸秆预处理技术对比研究    周礼;吴达科;谢春燕;

嗜热真菌糖苷酶的基因克隆、表达与分子改造    徐荣燕

微孢根霉华根霉变种CICIM F0088生淀粉酶系的研究    李彧娜

离子液体—蛋白酶处理对羊毛表面性能的影响    袁久刚

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

稻草秸秆的预处理及生产乙醇的研究    孙万里

新型β-葡萄糖苷酶菌株syzx4筛选、发酵及酶纯化表征和应用    张益波

玉米秸秆发酵生产酒精的研究    张强

稻壳制备燃料乙醇及综合利用    麻越佳

贯叶连翘中金丝桃素的酶辅助提取与微波辅助合成研究    李兆周

秸秆和秸秆木质素在土壤中的降解及其对土壤性质的影响    刘继培

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

利用DNA体外重组技术构建高活性纤维素酶基因工程菌    潘海波

介孔分子筛的制备及对木瓜蛋白酶固定化研究    孙伟杰

玉米秸秆预处理及对发酵产氢效果影响研究    曾召刚

玉米秸秆腐解复合菌系CSS-1的构建、菌群组成及腐解特性研究    刘尧

利用农业废弃物混合发酵生产L—乳酸及饲料的初步研究    徐娟娟

高效降解茶粕纤维素菌株的筛选    李君君

果胶酶高产菌株筛选发酵条件优化以及酶学性质的研究    王媛

堆肥中产纤维素酶真菌的筛选、产酶条件及应用研究    杨友坤

冰糖橙皮渣发酵产燃料乙醇的初步研究    高玉妹

国家标准——消毒剂中乙醇含量测定方法    董仕林,胡家英,周勤文,方赤光,白怡平

漆酶的结构、功能及其应用    季立才，胡培植

蔬菜-花卉秸秆混合堆肥性状表征及纤维素分解菌群选育研究    邱向阳,陆文静,王洪涛,黄鼎曦,黄得扬,高海军

木质纤维生物量一步法(SSF)转化成乙醇的研究(Ι)——木质纤维原料蒸汽爆破预处理的研究    张德强,黄镇亚,张志毅

木质纤维生物量一步法(SSF)转化成乙醇的研究(Ⅱ)——纤维素酶解条件的研究    张德强,黄镇亚,张志毅

绿色木霉纤维素酶AS3.3032液体发酵的研究    张德强,黄镇亚,张志毅

嗜碱细菌降解木质素的复合碳源共代谢研究Ⅱ——营养条件调控机制的研究    罗宇煊,张甲耀,龚利萍,管筱武,郑连爽

21世纪初我国石油安全战略选择    刘卿,胡迎春

白腐真菌在秸秆作物资源开发中的研究    赵红霞,杨建军,詹勇

玉米秸秆发酵法生产燃料酒精的研究进展    张强,陆军,侯霖,金花,朴敬惠

生物质（秸秆）纤维燃料乙醇生产工艺试验研究    宋安东

国内应用纤维素酶提高粗饲料营养价值的研究进展    赵力知

产纤维素酶芽孢杆菌C-36的分离筛选及其鉴定    高凤菊;陈惠;吴琦;梁如玉;韩学易;官兴颖;

稻草秸秆预处理实验研究    叶生梅;

降解玉米秸秆纤维素的真菌筛选及其产酶条件研究    黄继;彭智平;于俊红;史亮亮;詹愈忠;

抗松材线虫纤维素酶单链抗体库的构建及筛选    田旺,张奇,杨文博,白钢

油菜籽皮发酵饲料添加剂——纤维素酶    邱雁临;胡婷婷;曾意;

秸秆的发酵及利用    冷云伟;

一株嗜热纤维素分解菌的分离及其酶学性质的初探    曲小爽;顿宝庆;郭明鸣;宋立立;许修宏;张保明;路明;李桂英;

土壤中纤维素分解菌的分离与鉴定研究    唐蕊;

纤维素酶高产菌株的筛选及产酶条件的研究    江意义;宗斯;李洋;包曾阳;王岩岩;

产纤维素酶厌氧真菌菌株的筛选及酶学性质的研究    潘康成;杨金龙;张钧利;冯轼;唐荣;

纤维质原料(杨木粉)水解最优条件的研究    康忆隆;

纤维素生产燃料乙醇技术概述    吴昊;解生权;韩晓颖;

福寿螺水解纤维素和半纤维素的酶系的研究    李燕红;丁明;王骥;郭睿;许根俊;赵辅昆;

产耐碱性纤维素酶丝状真菌的筛选及研究    姚强;黄琰;陈冠军;

木质纤维素产氢菌筛选及其产氢能力    王爱杰;辛亮;高灵芳;任南琪;史英君;包红旭;

固体纤维素酶的浸渍条件优化及其特性研究    冯文英;

纤维素分解菌剂对水稻秸秆田间降解效果的影响    金海洋;姚政;杨建军;蒋小华;查健生;

不同来源的纤维素酶酶学性质的比较研究    黄燕华;冯定远;

纤维素酶对黄羽肉鸡生产性能的影响    杨彬;冯定远;

河南用秸秆生产乙醇技术取得突破    豫文

我国秸秆生物气化关键技术取得进展    李江涛

秸秆发电：多赢产业为何冷眼相看    古文洪

秸秆压块饲料有啥优势    

我市为秸秆找到五条出路    

蔬菜“吃”秸秆产量高    本报记者 兰俊君 实习生 吴明新

秸秆可作清洁能源    李玉芳　闫艳 高杰

秸秆烧出贵过大米的“超低炭”    顾日升 袁开建

我省“秸秆法规”正式出台    

6月1日起露天焚烧秸秆将受罚    记者 许兵 通讯员 杨丽

木质纤维素原料生物转化生产纤维素乙醇过程的关键技术研究    张建

三种类型木质纤维素的白腐菌降解异质性研究    余洪波

纤维素酶高效水解、回收再用与反应机理的研究    张名佳

秸秆微生物共发酵生产单细胞蛋白研究    潘锋

粗糙脉孢菌AS3.1602乙醇发酵的代谢研究    张志华

亚硫酸氢盐预处理提高阔叶木纤维素的可水解性    刘浩

生物质气化洗焦废水的微生物降解研究以及生物质稀酸水解液的乙醇发酵研究    田沈

生物质（秸秆）纤维燃料乙醇生产工艺试验研究    宋安东

高等培菌白蚁高效利用木质纤维素的机理研究    龙雁华

产纤维素酶菌株的筛选和枯草芽胞杆菌内切葡聚糖酶催化活性的改造    林凌

高效纤维素降解菌的选育与利用秸秆生产酒精的初步研究    刘津

纤维素酶高产菌株选育与玉米秸秆生产酒精工艺研究    王倩

玉米秸秆降解及其生产乙醇的研究    赵磊

产纤维素酶放线菌的筛选及其产酶条件与酶学性质初探    陈文祥

玉米秸秆制取生物乙醇关键技术的研究    杨敏

黑翅土白蚁降解木质纤维素的生化机理研究    程梦林

高效纤维素酶瘤胃厌氧真菌的筛选及其对纤维物质利用的研究    张艳英

纤维素酶水解动力学及影响因素研究    夏安

秸秆固态发酵酒精的研究    李雪

产耐高温纤维素酶细菌的筛选及酶学性质研究    贺芸