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竹质纤维素微生物发酵生产酒精工艺的初步研究

作　者: 李文华
导　师: 涂国全
学　校: 江西农业大学
专　业: 微生物学
关键词: 竹质纤维素分解菌 木霉554-6 酶解糖化 同步糖化发酵 酒精
分类号: TQ223.122
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


利用农林业副产品等主要成分为纤维素类物质的原材料来生产第二代生物乙醇,是目前无公害生物能源开发研究中的较热领域。本文中采用竹类植物等分布广泛、产量丰富的重要林业加工剩余纤维素材料为主要生产原料,以自主筛选得到的竹质纤维素分解菌和耐高温酵母菌为生产菌株,对利用竹质纤维素同步糖化发酵生产燃料乙醇工艺进行了研究探索。试验过程和结果总结如下：1、为获得高效分解竹质纤维素的菌株,以采集自野外的腐朽竹筏桩为样品,以竹质纤维素为底物,以失重率、溶出糖得率和CMC酶活力为考察指标,通过富集培养、分离纯化和摇瓶复筛得到五株对竹质纤维素分解能力较强的菌株,并对其进行初步的形态学鉴定。从所采集的腐朽竹伐桩样品中分离出五株对竹质纤维素分解能力较强的曲霉338-1、黑曲霉356-2、木霉554-6、黄曲霉555和黑曲霉567-2等5株菌株。其中木霉554-6在竹粉摇瓶培养基中经30℃培养5d和6d后,发酵液中还原糖含量和CMC酶活力最高,分别为0.268mg/ml和74.03U/ml。2、为探索竹质纤维素高效分解菌木霉554-6号菌株的产纤维素酶的最佳培养条件,在摇瓶发酵条件下,以CMC酶活力为考察指标,分别对该菌产酶的主要影响因素：竹粉颗粒度、氮源种类、菌种种龄、培养温度、起始pH值、摇床转速、培养时间等因素进行了单因素试验,并对培养温度、起始pH值、培养时间和摇床转速四个因素进行了4因素4水平的正交试验,对木霉554-6的最佳产酶培养基成分和发酵条件进行优化筛选。得到木霉554-6产酶培养基成分和培养条件最佳参数为：竹粉细度100目,氮源为硫酸铵,接种种龄5d,装液量40ml/250ml三角瓶,起始pH值5.5,培养温度30℃,摇床转速200rpm,培养时间156h。在此优化条件下,CMC酶活力为109.72U/ml,比优化前(74.03U/ml)提高48.21%。3、为探明不同理化因子对竹质纤维素糖化效果的影响和竹质纤维素酶解糖化较优工艺条件,以竹质纤维素为原料,以酸解溶出的还原糖和总糖得率为考察指标,选取盐酸、硫酸、磷酸和硝酸四种稀酸,进行不同稀酸浓度、不同酸解温度、不同竹粉颗粒度和不同固液比条件下对竹粉处理不同时间的单因素试验。将经稀硫酸预处理后的竹粉稀酸水解液用烧碱分别调至不同起始pH值,进行不同酶解温度、不同纤维素酶与木聚糖酶配比、不同摇床转速和不同酶解时间的单因素酶解糖化试验,测定并计算过滤清液中还原糖和总糖含量与得率。竹粉酸解液中溶出还原糖和总糖得率比室温时分别提高5.20倍和6.43倍。初步探明竹粉酸解液的酶解条件：即竹粉酸解液起始pH值5.5,纤维素酶与木聚糖酶配比1：1,摇床转速100rpm,温度50℃,时间24h,酶解后溶出还原糖和总糖得率分别提高4.4倍和3.0倍,均在50.88%以上4、为探索竹质纤维素SSF法转化为乙醇的最佳工艺条件,以竹粉对乙醇转化率为主要考察指标,通过对SSF法过程中的加酶量、酵母接种量、发酵温度、摇床转速和发酵时间等进行的单因素试验和正交试验,得到利用竹粉经稀酸预处理后同步糖化发酵转化为酒精的最佳工艺条件：纤维素酶与木聚糖酶按1：1添加量均为100U/g竹粉,两种酵母菌等量接种量9×108个/g竹粉、发酵温度37℃,摇床转速80rpm,培养时间84h。在此条件下进行同步糖化乙醇发酵试验,发酵完成后发酵液中乙醇浓度最高为12.92mg/ml,乙醇转化率达21.53%。

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