秸秆二步混合发酵降解体系的组建及优化

【摘要】： 农作物秸秆是农业生产的副产品,也是一项重要的生物资源。由于其成分结构的特殊性所导致的难降解问题,一直成为了转化利用秸秆技术的难题。秸秆的生物处理目前被认为是最有前途的处理方法,其具有污染少、效率高、利于工业化生产等特点,已逐渐成为纤维素类物质综合利用的主要途径。但是,在长期的实验和生产实践中,人们逐渐发现秸秆降解是在微生物代谢过程中产生的一系列酶作用下完成的,而且需要多种酶协同作用,这些酶单独降解秸秆的能力较差,但同时存在时可表现出很强的降解活性。而且不同秸秆分解菌之间具有比较强的相互作用,纤维素分解菌与木质素分解菌对秸秆的联合分解能力明显高于任何一个单一菌株。因此,在实际处理中,采用混合菌降解秸秆效果更好。 本文对现有的木质素降解菌——白腐真菌进行筛选,将筛选出的生长良好、降解木质素能力强的菌株与纤维素降解菌康氏木霉混合协同发酵降解秸秆,并对二者混合发酵工艺进行单因素和响应面优化试验,得到如下结论: 1.从6支可食用的白腐菌中挑选出生长旺盛、降解木质素能力高的平菇HF,其菌丝平均生长速度为0.97cm/d;生物量在第12天时可达到最高值0.4418g;液体摇瓶培养所产的漆酶最高酶活为934.20U/mL,秸秆固态发酵所产的漆酶最高酶活为648.39U/mL。 2.将降解木质素的平菇HF和降解纤维素的康氏木霉做平板拮抗试验,发现康氏木霉生长优势较强,对白腐菌有竞争性抑制作用。因此,需将两种菌进行二步混合发酵降解秸秆。由不同的混合发酵方式所产生的降解效果来看,H_6-T_(10)组合最适宜,降解效果最好,木质素的降解率为34.77%,纤维素的降解率为41.50%。 3.通过单因素分析试验,研究了不同原料、不同培养条件对秸秆木质素和纤维素降解效果的影响。确定了平菇HF和康氏木霉二步混合发酵降解秸秆的优化培养条件:发酵基质的秸秆粒径大小为50目,10%的总接种量、平菇HF和康氏木霉的接种比例为3:2、培养温度为26℃、初始pH为5.5、培养基含水量为60%。 4.通过Plackett-Burman法从8个单因素中筛选出培养温度、初始pH、接种时间间隔这3个对木质素降解率最有影响的因素。利用响应面分析得出秸秆混合发酵的最优条件如下:培养温度为24.80℃,初始pH为4.88,接种间隔时间为6.53天,在优化的发酵条件下木质素的降解率为37.17%。 5.对在优化条件下发酵前后的秸秆进行红外光谱分析,利用电镜扫描分析基质表观结构的变化。可以看到,混合菌能较好的破坏并降解秸秆的木质素、纤维素和半纤维素的结构。 【关键词】：秸秆降解 混合发酵 白腐真菌 木质素 纤维素 发酵条件优化
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：S816
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-10
• 缩略语表10-11
• 第一章 绪论11-22
• 1 秸秆的结构与性质12-13
• 1.1 纤维素12
• 1.2 木质素12-13
• 1.3 半纤维素13
• 2 秸秆处理技术的研究现状13-15
• 2.1 物理法14
• 2.2 化学法14-15
• 2.3 微生物法15
• 3 微生物处理秸秆的现状15-18
• 3.1 可降解秸秆的微生物15-17
• 3.2 降解秸秆的机制17-18
• 4 微生物法处理秸秆仍存在的问题18
• 4.1 木质素的降解是关键18
• 4.2 单一菌处理秸秆效率低18
• 5 混合菌处理秸秆的国内外研究动态18-20
• 6 论文研究目的、意义及内容20-22
• 6.1 研究目的和意义20-21
• 6.2 研究内容21-22
• 第二章 木质素降解菌——白腐真菌的筛选22-30
• 1 引言22
• 2 材料与方法22-24
• 2.1 实验材料22-23
• 2.2 实验方法23-24
• 3 结果与分析24-28
• 3.1 白腐菌的筛选24-28
• 4 小结28-30
• 第三章 秸秆降解菌混合发酵模式的构建30-39
• 1 引言30
• 2 材料与方法30-34
• 2.1 实验材料30-31
• 2.2 实验方法31-34
• 3 结果与分析34-37
• 3.1 康氏木霉产纤维素酶酶活测定34
• 3.2 秸秆降解菌的搭配组合及混合发酵34-37
• 4 小结37-39
• 第四章 秸秆二步混合固态发酵工艺条件优化39-55
• 1 引言39
• 2 材料与方法39-42
• 2.1 实验材料39-40
• 2.2 实验方法40-42
• 3 结果与分析42-54
• 3.1 不同预处理、不同原料对降解效果的影响42-43
• 3.2 不同粒径的秸秆对降解效果的影响43-44
• 3.3 不同总接种量对降解效果的影响44-45
• 3.4 不同接种比例对降解效果的影响45-46
• 3.5 不同培养基含水量对降解效果的影响46
• 3.6 不同培养温度对降解效果的影响46-47
• 3.7 不同初始pH值对降解效果的影响47-48
• 3.8 Plackett-Burman设计法筛选重要影响因素48-49
• 3.9 响应面分析49-54
• 4 小结54-55
• 第五章 降解前后秸秆组分与结构的对比分析55-65
• 1 引言55
• 2 材料与方法55-57
• 2.1 实验材料55-56
• 2.2 实验方法56-57
• 3 结果与分析57-64
• 3.1 二步混合发酵秸秆前后的成分比较57
• 3.2 FTIR分析57-63
• 3.3 电镜分析63-64
• 4 小结64-65
• 主要结论和展望65-67
• 主要结论65
• 展望65-67
• 参考文献67-75
• 致谢75-76
• 附录76

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