作物秸秆的微生物降解与转化利用

【摘要】：随着世界人口的增加和各国工业化进程的推进,能量的消耗逐步增加。加上环境污染和粮食压力,开发可替代性能源来源迫在眉睫。木质纤维素是地球上最丰富的可再生有机物资源,作物秸秆则占木质纤维素总量的一半以上,它的充分利用无疑会对人类社会的可持续发展起到重要作用。 天然秸秆结构的复杂性决定了其直接被微生物降解转化是一缓慢的过程,其效率和速度都难以进入工业化生产。预处理是纤维素转化应用的有效方法。本文从作用机制和应用的可能性相结合的角度,研究了不同的预处理方法对纤维素酶解的影响以及处理后秸秆的微生物利用情况。 ●土壤浸出液吸附纤维素粉后,使之发生体积上的膨胀,从而较大的促进了它的酶解效率。而土壤浸出液并没有明显的纤维素酶活力。表明可能是土壤中含有可协同纤维素酶作用的因子,通过吸附作用使纤维素膨胀,有利于酶和底物的吸附,或直接破坏了纤维素的超微结构,使氢键强度降低,易于酶的水解;这可能是纤维素在土壤中得以有效降解的原因之一。 ●超临界二氧化碳流体预处理对纤维素超分子结构及纤维素酶催化反应有重要影响。一定含水量的微晶纤维素用SC-CO_2在10Mpa,50℃处理30min,FT-IR图谱显示,其结构发生了有利于进一步被酶解的变化。上述超临界条件单独作用于纤维素酶时,并未造成酶催化活力的降低;但与纤维素共同进行SC—CO_2处理时,纤维素酶则失去催化活性,但这种处理却能提高纤维素进一步被酶解的效率。一定范围内处理时的酶用量与酶解效率的增加正相关。纤维素的含水量对SC-CO_2处理后的酶解效率有显著影响。 ●微波对纤维素预处理也得到了相似的结果。粗纤维素酶液暴露在150W微波辐照下2h,其催化活力仍然保持,然而当酶催化反应在一定微波功率下进行时,水解的得糖率与在正常条件下的反应相比得到明显提高。这说明酶作用的微环境在微波下得到了改善;并且微波预处理后的纤维素更易于被降解,说明微波和纤维素酶具有协同作用,微波可能会破坏纤维素的结构。二甲基亚砜(DMSO)和微波的共处理能极大的促进微品纤维素的酶解率,使之提高 【关键词】：预处理 超临界二氧化碳 微波 汽爆 木质纤维素 酶解 乙醇
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TQ223.122
【目录】：

• 论文目录3-6
• 摘要6-8
• Abstract8-11
• 论文中的缩写词表11-12
• 第一章 前言12-26
• 1．1 作物秸秆的高值转化的意义12-14
• 1．2 作物秸秆的结构与预处理14-22
• 1．2．1 作物秸秆的结构14-16
• 1．2．2 木质纤维素的降解16
• 1．2．3 对天然木质纤维素的预处理16-22
• 1．3 木质纤维素材料发酵产燃料酒精22-25
• 1．4 本文的研究工作25-26
• 第二章 天然土壤浸出液对纤维素的吸附膨胀作用26-30
• 2．1 导言26
• 2．2 材料26-27
• 2．2．1 土样26
• 2．2．2 纤维素酶26-27
• 2．2．3 纤维素粉27
• 2．3 试验方法27-28
• 2．3．1 还原糖的测定27
• 2．3．2 滤纸酶活(FPA)27
• 2．3．3 内切葡聚糖酶(CMCase)27
• 2．3．4 外切葡聚糖酶(CBH)27
• 2．3．5 土壤浸出液对纤维素粉的吸附膨胀27
• 2．3．6 蛋白的解吸27
• 2．3．7 土样培养27-28
• 2．4 结果与分析28-29
• 2．4．1 土壤浸出液对纤维素粉的膨胀28
• 2．4．2 土壤浸出液对纤维素粉的吸附28-29
• 2．4．3 土壤浸出液与纤维素酶的协同29
• 2．4．4 土样的培养对滤纸的作用29
• 2．5 讨论29-30
• 第三章 超临界二氧化碳对纤维素酶解的影响30-35
• 3．1 导言30
• 3．2 材料30
• 3．2．1 纤维素粉30
• 3．2．2 纤维素酶30
• 3．3 方法30-31
• 3．3．1 SC-CO_2处理30-31
• 3．3．2 纤维素的酶解31
• 3．3．3 红外分析31
• 3．3．4 数据分析31
• 3．4 结果31-34
• 3．4．1 SC-CO_2处理对纤维素酶活力的影响31-32
• 3．4．2 SC-CO_2处理后纤维素的酶解实验32-33
• 3．4．3 纤维素含水量对预处理效果的影响33
• 3．4．4 SC-CO_2处理后纤维素的红外结果33-34
• 3．5 讨论34-35
• 第四章 微波与其他预处理方法的联用35-41
• 4．1 导言35
• 4．2 材料35
• 4．3 方法35-36
• 4．3．1 纤维素酶活力测定35
• 4．3．2 预处理方法35-36
• 4．4 结果与讨论36-40
• 4．4．1 微波预处理对粗纤维素酶活力的影响36
• 4．4．2 微波辐照对纤维素的预处理36-38
• 4．4．3 微波下水煮沸纤维素预处理38-39
• 4．4．4 有机(疏质子)溶剂二甲基亚矾(DMSO) 在微波下对纤维素的预处理39-40
• 4．5 小结40-41
• 第五章 氨-碱溶剂与稀酸对纤维素的处理41-46
• 5．1 导言41
• 5．2 材料41
• 5．3 方法41-42
• 5．3．1 氨-碱溶剂对纤维素的溶解作用41-42
• 5．3．2 氨-碱溶剂的浓度对溶解效果的影响42
• 5．3．3 稀酸处理42
• 5．3．4 纤维素的酶解42
• 5．3．5 还原糖测定42
• 5．3．6 相关计算42
• 5．4 结果42-45
• 5．4．1 氨-碱溶剂对纤维素的预处理42-44
• 5．4．2 稀酸预处理玉米秸对酶解的影响44-45
• 5．5 讨论45-46
• 第六章 蒸汽爆破预处理对纤维素酶解的影响46-50
• 6．1 导言46
• 6．2 材料46
• 6．2．1 纤维素46
• 6．2．2 纤维素酶46
• 6．3 方法46-47
• 6．3．1 纤维素的酶解46-47
• 6．3．2 私秆中碳水化合物成分的分析47
• 6．4 结果与讨论47-50
• 6．4．1 汽爆处理前后玉米秸碳水化合物成分的分析47
• 6．4．2 汽爆水提液含糖量测定47
• 6．4．3 汽爆处理后秸秆对纤维素有更高的敏感性47-48
• 6．4．4 汽爆与机械磨碎对纤维素酶解影响的比较48-49
• 6．4．5 底物颗粒大小对酶解的影响49-50
• 第七章 预处理玉米秸的微生物利用50-59
• 7．1 导言50
• 7．2 材料50
• 7．2．1 菌种50
• 7．2．2 纤维素50
• 7．3 培养基与培养方法50-52
• 7．3．1 拟康氏木霉 S-38的培养50-51
• 7．3．2 生孢噬纤维粘菌的培养51
• 7．3．3 尖镰孢和粗糙脉孢菌的培养基和发酵产酒精的培养方法51-52
• 7．4 仪器与药品52
• 7．4．1 仪器52
• 7．4．2 药品52
• 7．5 分析方法52-53
• 7．5．1 酶活测定52
• 7．5．2 蛋白量测定52
• 7．5．3 还原糖测定52-53
• 7．5．4 乙醇测定53
• 7．6 结果与分析53-58
• 7．6．1 用汽爆玉米秸培养微生物产纤维素酶53-54
• 7．6．2 用汽爆玉米秸培养微生物产蛋白54-55
• 7．6．3 不同碳源发酵生产酒精55-58
• 7．7 讨论58-59
• 第八章 全文总结59-61
• 参考文献61-67
• 在读期间发表的论文67-68
• 致谢68-69
• 字位论文评阅及答辩情况表69

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