秸秆发酵产酸复合菌群的筛选及其培养条件优化

【摘要】：短链脂肪酸在化工、食品、医疗和畜牧等行业发挥着重要的作用，但是目前工业上生产短链脂肪酸的原料大多来自石油、天然气和煤炭等不可再生资源，是不可持续的，因此利用微生物厌氧发酵秸秆的技术，不仅可以获得高附加值的目标产物（短链脂肪酸），还能解决我国秸秆资源浪费的难题。但是由于秸秆的结构复杂，纯菌种对其降解能力较差，由多种细菌组成的复合菌群，可在发酵过程中通过种间的协同代谢机制，削弱中间产物的抑制效应，有效提高秸秆的降解和转化效率，基于上述原因本试验筛选出能够有效降解秸秆的复合菌群，并对其培养的最佳条件和秸秆降解过程的的动力学规律进行了初步的探索和讨论。 首先，以牛粪、猪粪堆肥、玉米地土壤、腐木以及猪粪堆肥与腐木的混合物为接种物，通过传代富集培养获得了五个秸秆发酵产酸复合菌群即FMc、FMd、FMs、FMw和FM(d+w)，其中FM(d+w)具有最高的总酸生产能力为2.06g/L。 其次，试验采用批次发酵的方法，探索最适于FM(d+w)菌群的氮源种类及其添加量，结果表明当以蛋白胨作为氮源时，1g/L的添加量是最佳的。此外，还优选出最适于本菌群秸秆产酸发酵的最适初始pH值为8，并探究Co~(2+)和Zn~(2+)这两种微量元素对秸秆产酸发酵系统的影响及其添加的最适浓度，结果表明：Zn~(2+)、Co~(2+)最适添加量分别为0.024g/L、0.012g/L。 最后，基于以上试验的最优结果，并以莫诺动力学模型为基本参考，通过补充假设条件建立了水稻秸秆产酸发酵的降解模型，并通过试验同时来求解所建立模型的动力学参数和验证该模型的准确性。本论文的结论对今后对利用微生物厌氧发酵秸秆产酸提供种子资源，也为提高农作物秸秆资源转化效率的技术研究方面做出贡献，具有指导意义和一定的理论价值。 【关键词】：降解秸秆 厌氧发酵 短链脂肪酸 动力学研究
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：Q93
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-22
• 1.1 课题的背景及研究的目的和意义10-11
• 1.1.1 课题背景10
• 1.1.2 课题来源10-11
• 1.1.3 研究的目的和意义11
• 1.2 短链脂肪酸的应用及其生产技术11-17
• 1.2.1 乙酸主要应用领域及其生产技术11-14
• 1.2.2 丙酸主要应用领域及其生产技术14
• 1.2.3 丁酸主要应用领域及其生产技术14-17
• 1.3 秸秆资源化利用现状及其预处理技术17-20
• 1.3.1 秸秆资源化利用现状17-18
• 1.3.2 秸秆预处理技术18-20
• 1.3.3 利用秸秆产酸发酵存在的问题20
• 1.4 课题研究的主要内容20-22
• 第2章 材料与方法22-30
• 2.1 试验装置22
• 2.2 试验材料22-24
• 2.2.1 发酵原料22-23
• 2.2.2 接种物23
• 2.2.3 培养基23-24
• 2.3 主要仪器设备24-25
• 2.4 试验方案与方法25-27
• 2.4.1 发酵菌群筛选的试验方案与方法25
• 2.4.2 培养条件优化试验方案与方法25-27
• 2.4.3 秸秆产酸发酵系统的动力学研究27
• 2.5 项目检测与分析方法27-30
• 2.5.1 秸秆组成成分测定方法27
• 2.5.2 水稻秸秆预处理方法27
• 2.5.3 生物量测定方法27
• 2.5.4 原始接种物含水率测定方法27
• 2.5.5 水稻秸秆失重率测定方法27-28
• 2.5.6 液相末端发酵产物测定方法28
• 2.5.7 气体组分检测方法28-30
• 第3章 发酵水稻秸秆产酸复合菌群的培育与筛选30-40
• 3.1 引言30
• 3.2 复合菌群发酵秸秆产酸规律30-35
• 3.3 氢分压与乙酸产量的关系35-36
• 3.4 发酵系统pH值变化规律36
• 3.5 水稻秸秆失重率36-37
• 3.6 发酵秸秆产酸性能综合分析37-38
• 3.7 本章小结38-40
• 第4章 秸秆发酵产酸复合菌群培养条件的优化40-76
• 4.1 引言40
• 4.2 氮源类型及其添加量40-59
• 4.2.1 基于氯化铵为氮源的试验40-46
• 4.2.2 基于尿素为氮源的试验46-52
• 4.2.3 基于蛋白胨为氮源的试验52-59
• 4.3 初始pH值对秸秆发酵产酸的影响59-64
• 4.3.1 发酵系统挥发酸变化规律59-61
• 4.3.2 发酵系统pH值变化规律61-62
• 4.3.3 水稻秸秆失重率62-63
• 4.3.4 发酵系统生物量变化规律63
• 4.3.5 发酵秸秆产酸性能综合分析63-64
• 4.4 微量元素对秸秆发酵产酸的影响64-69
• 4.4.1 发酵系统挥发酸变化规律65-68
• 4.4.2 水稻秸秆失重率68
• 4.4.3 发酵秸秆产酸性能综合分析68-69
• 4.5 复合菌群发酵秸秆产酸动力学研究69-76
• 4.5.1 水稻秸秆降解动力学特性初步分析69-70
• 4.5.2 水稻秸秆降解模型的建立70-72
• 4.5.3 模型的修正及系数确立72-74
• 4.5.4 模型的验证74
• 4.5.5 本章小结74-76
• 结论76-77
• 参考文献77-81
• 攻读学位期间发表的学术论文81-83
• 致谢83

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