秸秆固态发酵工艺及其产沼气效果的研究

【摘要】： 秸秆是地球上最丰富的可再生资源,其主要成分为纤维素,半纤维素和木质素。拟康氏木霉高产纤维素酶,白腐菌能有效地降解木质素,它们是降解秸秆的主要菌种。本论文以稻草秸秆和麸皮等廉价的农业废弃物为原料,选用拟康氏木霉和白腐菌,采用单菌和混菌两种不同方式进行固态发酵,研究了不同发酵条件下秸秆纤维素和木质素的降解率,并对不同发酵方式下秸秆产气的效果进行了评价,得到了如下结果: (1)用拟康氏木霉3.3002(Trichoderma pseudokoningii 3.3002)固态发酵秸秆,通过系统测定纤维素酶的酶活变化,发酵工艺优化为:稻草秸秆和麸皮的混合比例为4︰1,最佳氮源为0.25% (NH4)2SO4,最佳发酵时间120 h,发酵温度35℃,接种量15%,pH 5.0,培养基含水率50%。在此条件下,稻草秸杆纤维素降解率和木质素降解率分别为24.62%和8.78%。 (2)以拟康氏木霉3.3002(Trichoderma pseudokoningii 3.3002)和白腐菌5.776(Phanerochaete chrysosporium 5.776)进行混菌发酵,确定工艺如下:白腐菌5.776( Phanerochaete chrysosporium 5.776 )接种3天后接入拟康氏木霉3.3002(Trichoderma pseudokoningii 3.3002),接种液(孢子悬浮液107个/mL)体积比为2 mL︰2 mL;混菌发酵最佳培养基组成为秸秆粉4 g,麸皮1 g,氮源为0.3% (NH4)2SO4,培养基含水率60%,发酵温度为33℃,发酵时间为8 d。在此工艺下,稻草秸杆纤维素降解率和木质素降解率分别为40.38%和31.52%,比使用拟康氏木霉3.3002(Trichoderma pseudokoningii 3.3002)处理稻草秸秆的结果(24.62%,8.78%)有显著性提升。 (3)以拟康氏木霉3.3002(Trichoderma pseudokoningii 3.3002)单菌和混菌发酵处理的秸秆为发酵基质,以猪粪为接种物,在严格控制发酵温度(35±1)℃的条件下进行厌氧发酵产沼气的研究。研究结果表明:混菌发酵处理秸秆的平均日产气量、累积产气量和甲烷含量(体积分数,下同)(分别为7.5 mL,225 mL和58.1%)最高,拟康氏木霉3.3002(Trichoderma pseudokoningii 3.3002)单菌处理的秸秆(分别为5.8 mL,168 mL和55.7%)次之,未处理的秸秆(分别为3.2 mL,100 mL和50.5%)效果较差。 【关键词】：稻草秸秆 拟康氏木霉 白腐菌 混菌发酵 沼气
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：S216.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 引言9-18
• 1.1 秸杆资源综合开发利用9-13
• 1.1.1 秸秆资源的理化性质9-10
• 1.1.2 农作物秸杆资源的综合利用进展10-11
• 1.1.3 限制农作物秸秆资源有效利用的因素11-12
• 1.1.4 提高秸秆资源价值的方法和途径12-13
• 1.2 纤维素的结构及生物降解13-14
• 1.2.1 纤维素的结构13
• 1.2.2 纤维素酶水解机理13-14
• 1.3 木质素的结构及生物降解14-15
• 1.3.1 木素的存在形态与结构14
• 1.3.2 降解木素的真菌种类14
• 1.3.3 真菌降解木质素的机理14-15
• 1.3.4 白腐菌木素降解酶系15
• 1.4 秸秆资源厌氧发酵技术的国内外研究进展15-17
• 1.4.1 秸秆资源厌氧发酵技术的国内研究进展15-16
• 1.4.2 秸秆资源厌氧发酵技术的国外研究进展16-17
• 1.5 本研究的目的、意义及预期目标17-18
• 1.5.1 选题的目的、意义17
• 1.5.2 预期达到的目标17-18
• 第2章 拟康氏木霉固态发酵工艺的研究18-35
• 2.1 导言18
• 2.2 材料18-21
• 2.2.1 主要试剂18-19
• 2.2.2 主要仪器19-20
• 2.2.3 菌种20
• 2.2.4 培养基20
• 2.2.5 溶液的配置20-21
• 2.3 方法21-24
• 2.3.1 孢子悬浮液的制备21-22
• 2.3.2 固态发酵22
• 2.3.3 粗酶液的制备22-24
• 2.4 结果与分析24-33
• 2.4.1 葡萄糖标准曲线回归方程的确定24
• 2.4.2 不同碳源对产纤维素酶的影响24-25
• 2.4.3 稻草粉与麸皮比例对产纤维素酶的影响25-26
• 2.4.4 氮源对产纤维素酶的影响26
• 2.4.5 不同表面活性剂对产酶的影响26-27
• 2.4.6 固态混合培养条件的优化27-29
• 2.4.7 接种量对产纤维素酶的影响29-30
• 2.4.8 无机盐液初始pH 对产纤维素酶的影响30-31
• 2.4.9 培养基含水率对产纤维素酶的影响31
• 2.4.10 发酵温度对产纤维素酶的影响31-32
• 2.4.11 培养时间对产纤维素酶的影响32-33
• 2.4.12 优化条件下的实验结果33
• 2.5 小结33-35
• 第3章 拟康氏木霉与白腐菌混菌固态发酵工艺的研究35-48
• 3.1 导言35
• 3.2 材料35-36
• 3.2.1 主要试剂35
• 3.2.2 主要仪器35
• 3.2.3 菌种35
• 3.2.4 培养基35-36
• 3.2.5 溶液的配制36
• 3.3 方法36-37
• 3.3.1 孢子悬浮液的制备36
• 3.3.2 拮抗实验（菌株相溶性）设计36
• 3.3.3 固体发酵36
• 3.3.4 白腐菌与拟康氏木霉配伍实验设计36-37
• 3.3.5 木质纤维素降解率的测定37
• 3.4 结果与分析37-47
• 3.4.1 白腐菌发酵条件的优化37-39
• 3.4.2 拮抗实验结果39-40
• 3.4.3 接入拟康氏木霉与白腐菌的时间间隔的确定40
• 3.4.4 拟康氏木霉与白腐菌配伍实验结果40-44
• 3.4.5 固态混合培养基的优化44-45
• 3.4.6 (NH_4)_2SO_4浓度对拟康氏木霉与白腐菌混菌发酵的影响45-46
• 3.4.7 不同表面活性剂对拟康氏木霉与白腐菌混菌发酵的影响46
• 3.4.8 发酵温度对拟康氏木霉与白腐菌混菌发酵的影响46-47
• 3.4.9 发酵时间对拟康氏木霉与白腐菌混菌发酵的影响47
• 3.5 小结47-48
• 第4章 混菌发酵和单菌发酵处理秸秆厌氧发酵产沼气效果的比较48-56
• 4.1 导言48
• 4.2 材料48-49
• 4.2.1 主要试剂48
• 4.2.2 主要仪器48
• 4.2.3 菌种48
• 4.2.4 接种物48-49
• 4.2.5 培养基49
• 4.3 方法49-50
• 4.3.1 固态发酵49
• 4.3.2 厌氧发酵液的配制49
• 4.3.3 厌氧发酵条件的控制49
• 4.3.4 分析检测方法49-50
• 4.3.5 厌氧发酵试验装置50
• 4.4 结果与分析50-54
• 4.4.1 厌氧发酵环境的确定50-51
• 4.4.2 不同预处理秸秆沼气厌氧发酵的产气分析51-52
• 4.4.3 不同预处理稻草秸秆厌氧发酵产气的比较52-54
• 4.4.4 不同于处理发酵前后料液的成分变化54
• 4.5 小结54-56
• 第5章 结论与展望56-57
• 5.1 结论56
• 5.2 创新点56
• 5.3 展望56-57
• 参考文献57-60
• 致谢60-61
• 附录61

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