水稻秸秆固态糖化发酵产乳酸的研究

【摘要】： 我国的植物纤维资源中，稻草秸秆、麦秸、玉米秸秆等农作物秸秆占主要部分，鉴于我国是水稻生产大国，水稻秸秆产量丰富，选用稻草秸秆作为原料进行固态糖化发酵产乳酸研究，对于变废为宝，提高资源的综合利用率和保护环境具有重大的意义。研究表明： 1)里氏木霉对稻草粉酶解糖化固态发酵的最佳条件为：经2％NaOH处理的稻草粉与麦麸以3∶1比例混合作碳源，氮源是浓度为2％的(NH_4)_2SO_4。当起始pH值为5.0、固液比为1∶3、接种量为0.50 ml、培养温度为30℃，经72h静置发酵，酶活达到最佳，纤维素滤纸酶活为277.58U／g，C_X酶活为1651.88U／g。 2)复合菌(里氏木霉和黑曲霉)处理纤维素水解产生的葡萄糖的效果比单一的里氏木霉或黑曲霉效果显著，说明复合菌具有较好的协同作用。进行正交实验，得到产纤维素酶的固态发酵培养条件：稻草粉：3g，麦麸：1g，(NH_4)_2SO_4：0.36g，加水12ml，起始pH5.0，30℃静置培养3天。经测定各因子对于滤纸酶活和C_X酶活的影响大小依次为硫酸铵、加水倍数、稻草粉、麦麸粉。 3)米根霉与短乳酸杆菌以葡萄糖为原料产乳酸的影响因素表明：短乳杆菌发酵的最优条件为葡萄糖量约80mg／ml，蛋白胨5.0mg／ml，酵母膏5.0mg／ml，无水硫酸镁0.5mg／ml，氯化钠0.1mg／ml，磷酸二氢钾0.5mg／ml，pH5.5。转化率为83.0％。米根霉发酵最优条件为氮源2mg／ml，KH_2PO_40.005％，MgSO_4·7H_2O0.025％，CaCO_35％，pH值为5.0，CaCO_3分批加入。转化率为84.3％。 4)米根霉的分步糖化发酵的产酸量为15.0g／l，乳酸转化率为43.9％；同时糖化发酵的产酸量为16.1g／l，纤维素对乳酸的转化率为50.3％。短乳杆菌分步糖化发酵的产酸量为15.3g／l，乳酸转化率46.6％；同时糖化发酵的产酸量为19.4g／l，纤维素对乳酸的转化率60.6％。 5)无论是米根霉还是短乳杆菌采用同时糖化发酵工艺的乳酸产量高于分步糖化发酵工艺，通过对发酵过程的单因素实验，得出了菌种与酶曲的添加时间、糖化发酵温度、接种量、发酵时间等不同条件，对乳酸产量的影响。 6)利用纤维素资源固态同步糖化发酵工艺了生产乳酸，与传统的生产乙醇或单细胞蛋白的工艺比较，可提高物料转化率和产品价值；对促进可再生资源的利用及可持续发展战略的实施具有重要的意义。 【关键词】：水稻秸秆 酶解 乳酸 同步糖化发酵 分步糖化发酵
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TQ922.9
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-11
• 第1章 引言11-31
• 1.1 概述11
• 1.2 植物纤维资源11-14
• 1.2.1 植物纤维原料的构成12-13
• 1.2.2 纤维素13
• 1.2.3 半纤维素13-14
• 1.2.4 木质素14
• 1.3 植物纤维资源的水解14-15
• 1.3.1 纤维物料的酸水解14
• 1.3.2 纤维物料的酶法水解14-15
• 1.4 纤维素酶15-18
• 1.4.1 纤维素酶的组成和分类15-16
• 1.4.2 酶法水解的影响因素16-17
• 1.4.3 纤维素酶国内外研究进展17-18
• 1.5 产纤维素酶的菌种18-21
• 1.5.1 主要菌种18-19
• 1.5.2 不同菌株的相互作用19
• 1.5.3 生产菌种的选育19-21
• 1.6 固态发酵概述21-22
• 1.7 纤维物料的糖化发酵产乳酸22-23
• 1.7.1 糖化、发酵分步工艺22
• 1.7.2 同时糖化发酵法22-23
• 1.8 乳酸的性质、用途与发酵法生产23-26
• 1.8.1 乳酸的结构与性质23-24
• 1.8.2 乳酸的应用24-26
• 1.9 乳酸发酵的生产方法及产生菌种26-27
• 1.9.1 同型乳酸发酵26
• 1.9.2 异型乳酸发酵26-27
• 1.9.3 双歧乳酸发酵27
• 1.10 国内外发酵研究生产L-乳酸的研究现状27-28
• 1.11 本研究的目的意义及内容28-31
• 1.11.1 研究的目的及意义28-29
• 1.11.2 研究内容29
• 1.11.3 拟解决的主要问题及创新之处29-31
• 第2章 实验材料、设备与方法31-37
• 2.1 纤维素物料的选择31
• 2.2 产酶菌种31-32
• 2.2.1 木霉31
• 2.2.2 黑曲霉31-32
• 2.3 乳酸发酵菌种32
• 2.3.1 短乳杆菌32
• 2.3.2 米根霉32
• 2.4 菌种保藏和发酵培养基32-33
• 2.4.1 PDA培养基32-33
• 2.4.2 MRS培养基33
• 2.4.3 米根霉培养基33
• 2.4.4 乳酸菌培养基33
• 2.5 纤维素酶活力与糖的测定33-35
• 2.5.1 葡萄糖(G)标准曲线的制作33-34
• 2.5.2 纤维素酶活力测定34-35
• 2.5.3 还原糖的测定35
• 2.6 乳酸的测定35-37
• 第3章 纤维素分解菌固态发酵产酶条件的优化37-46
• 3.1 实验材料和方法37-38
• 3.1.1 物料预处理37
• 3.1.2 菌种37
• 3.1.3 培养基37
• 3.1.4 主要仪器与设备37-38
• 3.1.5 培养方法38
• 3.1.6 分析方法38
• 3.2 稻草粉中纤维素、半纤维素和木质素的含量38
• 3.3 不同菌种产纤维素酶能力的比较38-39
• 3.4 不同碳源对里氏木霉产酶的影响39
• 3.5 固态发酵培养条件的优化39-45
• 3.5.1 稻草粉与麦麸的比例对产酶的影响39-40
• 3.5.2 氮源对产酶的影响40-41
• 3.5.3 (NH_4)_2SO_4浓度对产酶的影响41-42
• 3.5.4 固液质量比对产酶的影响42-43
• 3.5.5 温度对产酶的影响43
• 3.5.6 接种量对产酶的影响43-44
• 3.5.7 培养时间对产酶条件的影响44-45
• 3.6 小结45-46
• 第4章 里氏木霉和黑曲霉复合菌发酵产纤维素酶的研究46-54
• 4.1 实验材料与设备46-47
• 4.1.1 材料46
• 4.1.2 主要仪器与设备46
• 4.1.3 实验设计46-47
• 4.2 实验方法47
• 4.2.1 培养方法47
• 4.2.2 纤维素酶的提取47
• 4.2.3 稻草的酶解糖化47
• 4.3 复合菌固态发酵初步研究47-51
• 4.3.1 相对接种时间对固态混合发酵产纤维素酶的影响47-48
• 4.3.2 接种比例对产酶的影响48-49
• 4.3.3 培养温度对产酶的影响49
• 4.3.4 固态混合发酵培养基的优化49-51
• 4.4 发酵过程中pH、残余还原糖及纤维素酶的变化51-53
• 4.5 小结53-54
• 第5章 米根霉与短乳杆菌发酵条件优化54-60
• 5.1 实验材料与设备54-55
• 5.1.1 菌种54
• 5.1.2 培养基54
• 5.1.3 主要实验药品54
• 5.1.4 主要实验仪器与设备54
• 5.1.5 分析测试方法54-55
• 5.2 单因素实验55-59
• 5.2.1 米根霉发酵的条件55-57
• 5.2.2 短乳杆菌菌种发酵条件研究57-59
• 5.3 小结59-60
• 第6章 米根霉和短乳杆菌利用稻草产乳酸的研究60-70
• 6.1 实验材料与方法60-61
• 6.1.1 菌种60
• 6.1.2 培养基60
• 6.1.3 酶液来源60
• 6.1.4 主要实验药品60
• 6.1.5 主要实验仪器与设备60
• 6.1.6 分析测试方法60-61
• 6.2 米根霉分步糖化发酵与同时糖化发酵工艺61-63
• 6.2.1 米根霉的分步糖化发酵61-62
• 6.2.2 米根霉的同步糖化发酵62-63
• 6.2.3 米根霉同时糖化与分步糖化乳酸发酵的比较63
• 6.3 乳杆菌分步糖化发酵与同时糖化发酵工艺63-65
• 6.3.1 乳杆菌的分步糖化发酵63-64
• 6.3.2 乳杆菌的同步糖化发酵64-65
• 6.4 水稻秸秆同时糖化与乳酸发酵的影响因素实验65-68
• 6.4.1 米根霉或乳杆菌与纤维素酶的添加时间的影响65-66
• 6.4.2 发酵温度的影响66-67
• 6.4.3 接种量的影响67
• 6.4.4 发酵时间的影响67-68
• 6.5 小结68-70
• 第7章 结论与展望70-72
• 7.1 结论70-71
• 7.2 展望71-72
• 致谢72-73
• 参考文献73-77
• 攻读学位期间的研究成果77

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