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秸秆固态发酵工艺及其产沼气效果的研究

作　者: 王实玉
导　师: 陈雄；王志
学　校: 湖北工业大学
专　业: 发酵工程
关键词: 稻草秸秆拟康氏木霉白腐菌混菌发酵沼气
分类号: S216.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
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

秸秆固态发酵工艺及其产沼气效果的研究

内容摘要

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