凤眼莲秸秆生物脱胶的研究

【摘要】： 凤眼莲(Eichhornia crassipes)在水体中的泛滥严重影响到了水生生态系统的生物多样性,并对人们的生产、生活、健康造成威胁,已被列为危害最严重的十大害草之一。如何对凤眼莲进行防治和资源化利用,已经越来越引起人们的关注。与其它植物秸秆类似,凤眼莲化学成分主要由纤维素、半纤维素和木质素组成。纤维素是自然界最重要的生物质资源之一。利用微生物手段分解掉凤眼莲成分中的非纤维素物质,即生物脱胶,得到较高纯度的纤维素,为纤维素的后续利用奠定基础,这将成为凤眼莲资源化利用新途径的重要内容。本课题从以下几个方面对凤眼莲秸秆生物脱胶进行了研究。 1.凤眼莲化学成分含量的测定 采用《苎麻化学成分含量测定方法GB5889-86》测定凤眼莲的化学成分表明,凤眼莲不同部位的各种化学成分含量不同。其中,凤眼莲叶中的腊脂质含量最高,果胶含量最低;茎的腊脂质含量最低,水溶物含量也最低;半纤维素在凤眼莲根中的含量最低,在叶中的含量最高,为52.94%;叶中的木质素含量最低,仅为12.65%;凤眼莲茎中的纤维素含量最高,为17.23%。 2.凤眼莲脱胶菌的筛选和脱胶实验 利用刚果红平板染色法从凤眼莲自身茎叶及其生长的池塘、南湖水中筛选出5株透明圈较大的菌株(A1、B1、B11、B3、B13),通过比较菌株分泌的果胶酶、木聚糖酶活性和脱胶率,确定A1菌为理想的凤眼莲脱胶菌。按接种量4%,在35℃,pH7.0,145 r/min振荡速度下发酵72h后,木聚糖酶和果胶酶活分别为72.69μg/mL·min,45.72μg/mL·min,脱胶率为31.89%。 3.不同处理方法得到的凤眼莲纤维的红外光谱分析 通过比较凤眼莲原料纤维、A1菌处理得到的纤维、碱化纤维这三种凤眼莲纤维的红外光谱后发现,经过A1菌发酵处理或碱化处理后,样品中的半纤维素和木质素成分与原料样品相比,大部分被降解掉或去除掉。碱化处理对于去除凤眼莲胶质(非纤维素物质)效果最为明显,但同时对凤眼莲纤维素的破坏也最大;A1菌处理凤眼莲茎纤维的结构变化介于原料纤维和碱化纤维之间。 4.A1菌最佳脱胶条件的选择 以凤眼莲作为脱胶培养基的碳源,根据不同的理化因子(包括氮源种类以及浓度、无机盐、温度、pH、接种量等),选择最佳发酵工艺。结果表明,凤眼莲脱胶菌A1的最佳脱胶培养基为:NH_4Cl 0.1%,KH_2PO_4 0.1%,MgSO_4·7H_2O 0.05%,pH7.5,接种量0.8%,35℃培养72h后,凤眼莲脱胶菌分泌的木聚糖酶活性达到75.05μg/mL·min,果胶酶活性达到63.51μg/mL·min,一次脱胶率达到33.37%。 【关键词】：凤眼莲 纤维素 脱胶菌 脱胶率 果胶酶 木聚糖酶
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TK6
【目录】：

• 目录4-7
• 摘要7-8
• ABSTRACT8-10
• 1 文献综述10-16
• 1.1 凤眼莲资源化处置和综合利用的研究进展10-12
• 1.1.1 人工控制10
• 1.1.2 制作肥料10-11
• 1.1.3 制作饲料11
• 1.1.4 制作燃料11
• 1.1.5 制作离子交换树脂或吸附剂11
• 1.1.6 其它利用方式11-12
• 1.2 脱胶技术现状与发展趋势12-16
• 1.2.1 化学脱胶技术12
• 1.2.3 天然微生物脱胶12
• 1.2.4 酶法脱胶12-14
• 1.2.5 微生物脱胶14-15
• 1.2.6 汽爆法脱胶15
• 1.2.7 超临界介质中的酶法脱胶15
• 1.2.8 超声波脱胶15-16
• 2 课题研究背景、意义及技术路线16-18
• 2.1 课题研究背景16
• 2.2 研究意义16-17
• 2.3 技术路线17-18
• 3 凤眼莲化学成分含量的测定18-21
• 3.1 实验材料制备18
• 3.2 仪器及化学药品18
• 3.3 化学药品18
• 3.4 凤眼莲化学成分的定量分析方法18-20
• 3.4.1 脂蜡质含量18-19
• 3.4.2 水溶物含量19
• 3.4.3 果胶物质含量19
• 3.4.4 半纤维素含量19-20
• 3.4.5 木质素含量20
• 3.4.6 纤维素含量20
• 3.5 结果分析与讨论20-21
• 4 凤眼莲脱胶菌的筛选21-31
• 4.1 实验材料制备21
• 4.2 培养基21-22
• 4.3 实验设计22-25
• 4.3.1 菌种悬浮液的制备22
• 4.3.2 富集培养22
• 4.3.3 分离培养22-23
• 4.3.4 初筛23
• 4.3.5 复筛23
• 4.3.6 酶活测定方法23-25
• 4.4 结果分析25-31
• 4.4.1 凤眼莲脱胶菌菌种来源的筛选25
• 4.4.2 二次富集培养结果25-26
• 4.4.3 分离培养结果26
• 4.4.4 初筛结果26-28
• 4.4.5 复筛结果28-31
• 4.5 讨论31
• 5 脱胶实验31-35
• 5.1 实验材料与试剂31
• 5.2 实验仪器31
• 5.3 实验设计31-32
• 5.3.1 菌株的活化31-32
• 5.3.2 接种32
• 5.3.3 培养32
• 5.3.4 取样32
• 5.4 结果分析与讨论32-35
• 6 不同制备方法得到的凤眼莲纤维的红外光谱分析35-37
• 6.1 凤眼莲原料纤维的制备35
• 6.2 凤眼莲碱化纤维的制备35
• 6.3 凤眼莲微生物纤维的制备35
• 6.4 三种方法制备的凤眼莲纤维的红外光谱分析35-36
• 6.4.1 制样35
• 6.4.2 压片35
• 6.4.3 测定35-36
• 6.5 结果分析与讨论36-37
• 7 凤眼莲脱胶条件的选择37-49
• 7.1 实验材料和仪器37
• 7.1.1 实验材料37
• 7.1.2 实验仪器37
• 7.2 实验设计37-43
• 7.2.1 不同的氮源条件下 A1菌产酶活力和脱胶率实验37-38
• 7.2.2 不同的氮源浓度条件下 A1菌产酶活力和脱胶率实验38-39
• 7.2.3 不同无机盐含量条件下 A1菌产酶活力和脱胶率实验39-40
• 7.2.4 不同pH值条件下 A1菌产酶活力和脱胶率实验40-41
• 7.2.5 不同温度下 A1菌产酶活力和脱胶率实验41-42
• 7.2.6 不同接种量条件下 A1菌产酶活力和脱胶率实验42-43
• 7.3 结果分析与讨论43-48
• 7.3.1 不同的氮源对 A1菌产酶活力和脱胶率的影响43-44
• 7.3.2 氮源浓度对 A1菌发酵产酶及脱胶的影响44-45
• 7.3.3 不同无机盐含量对 A1菌产酶活力和脱胶率的影响45
• 7.3.4 不同pH值对 A1菌产酶活力和脱胶率的影响45-46
• 7.3.5 不同温度对 A1菌产酶活力和脱胶率的影响46-47
• 7.3.6 不同接种量对 A1菌产酶活力和脱胶率的影响47-48
• 7.4 结论48-49
• 总结49-50
• 参考文献50-55
• 致谢55

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