绿潮藻浒苔生物质微生物降解的初步研究

论文摘要

本研究以我国近年沿海常见爆发绿潮的大型绿藻浒苔为原料,通过在海泥及腐烂藻体中筛选海洋微生物所产的纤维素酶,将浒苔生物质降解为可被酵母利用的单糖,后续可经过微生物厌氧发酵制取生物能源乙醇,探索海藻生物质的能源化利用过程。实验材料是2008年及2009年我国青岛海域大规模爆发的绿潮藻浒苔,经过清洗粉碎后分析其营养成分,其基本营养成分中含有水分8.053%、蛋白质24.21%、脂肪1.09%、粗纤维18.37%、灰分12.41%;其无机元素含量中,钠0.625μg/mL、钙0.894μg/mL、钾0.643μg/mL、锌0.048μg/mL、镁0.167μg/mL、铁0.0047μg/mL;对其氨基酸含量的分析显示浒苔含17种氨基酸,必需氨基酸占氨基酸总量的38.57%,从氨基酸组成来看,鲜味氨基酸含量最高,其次是甜味氨基酸;对其脂肪酸组成和含量分析显示浒苔含13种脂肪酸,不饱和脂肪酸占脂肪酸总量的56.47%,其中亚麻酸含量为18.26%,油酸含量为6.39%。并对其糖类成分进行了单独系统的分析,其中总糖含量为39.50%、纤维素含量为13.3%、半纤维素含量为28.01%、淀粉含量为2.475%、水溶性多糖含量为11.503%、水溶性戊聚糖含量11.25%。理论上,其中有超过65%的碳水化合物可以经降解为单糖用于制取乙醇。纤维素和半纤维素是比较难利用而物质量却很大的一部分生物质,微生物对纤维素的降解、转化是自然界中碳循环的主要环节,所以我们从自然界中的海泥及实验室腐烂的藻体上筛选能降解浒苔的微生物。经过对海泥的分离纯化、初筛、复筛得到六株能产纤维素酶的菌种,通过培养提取粗酶液水解浒苔,结果表明霉菌的效果好于细菌,经鉴定,细菌为枯草芽孢杆菌,霉菌为木霉、根霉和黑曲霉;经过对腐烂藻体上的微生物的分离纯化、初筛、复筛得到2种微生物的降解效果最好。首次使用把浒苔作为唯一碳源的选择培养基来进行筛选。将9种初筛中的活性较高的微生物与产纤维素酶常用菌种康氏木霉和黑曲霉以及商品酶BG和Super的各种酶活和降解浒苔作用进行比较。结果显示,11种微生物中,N8和黑曲霉的β-葡萄糖苷酶（BG）酶活较高;康氏木霉的内切葡聚糖酶（EG）酶活偏高;N11和HBB-1的外切葡聚糖酶（CBH）酶活较高;黑曲霉的半纤维素酶活最高;康氏木霉对浒苔藻体的降解作用最明显;BB-2对浒苔粉的降解作用较明显;在降解过程中,黑曲霉消耗的浒苔粉最多;康氏木霉的糖解作用相对明显。因此,可以确定康氏木霉和黑曲霉所产酶的活性相对较高,但其各种酶活的比例有待后续研究来优化。实验以康氏木霉（Trichoderma koningii）和黑曲霉（ Aspergillius niger）为研究对象,对浒苔中的纤维素类物质进行降解,产纤维素酶。除了对于单菌发酵产纤维素酶的研究之外,重点在于利用不同的混菌方法来达到提高发酵产酶能力的研究,通过设计不同的混菌方式,液体混合培养基中,接种比例、接种时间、分开培养后再混合;固体混合培养基中,培养基的选择、相对接种时间来实现和研究康氏木霉和黑曲霉混菌发酵产纤维素酶的能力。我们发现:单菌发酵产酶中,黑曲霉相比于康氏木霉,是优势菌种;混菌发酵产酶中,在不同接种比例时,在1:0.25时,混菌产酶的酶活力达到最高值,CMC酶活、β-葡萄糖苷酶活、滤纸酶活分别为:2.5289 U/mL、49.4696 U/mL和6.2378 U/mL;在不同接种时间时,在第3天接黑曲霉时,混菌产酶的酶活力达到最高值,CMC酶活力、β-葡萄糖苷酶活、滤纸酶活分别为38.1292 U/mL、39.9300U/mL和3.2529 U/mL;在不同培养方式时,在分开培养3天后混合,混菌产酶的酶活力达到最高值,CMC酶活、β-葡萄糖苷酶活、滤纸酶活分别为86.9945 U/mL、95.7881U/mL和4.2739 U/mL;在研究固体培养的培养基选择时,得出培养基1（M1）为最佳固体培养基;混菌在固体培养基中相对接种时间,在相对接种时间为12h时,混菌产酶的酶活力达到最高值,CMC酶活力、β-葡萄糖苷酶活、滤纸酶活分别为34.6837 U/mL、34.3933U/mL和10.8376 U/mL。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 引言
• 1 生物质原料
• 2 木质纤维素类生物质原料的降解方法
• 3 生物燃料乙醇的生产
• 4 展望
• 第一章 浒苔营养成分分析及糖类分析
• 第一节 浒苔营养成分分析
• 1.材料与方法
• 2 结果
• 3 讨论
• 第二节 浒苔的糖类成分分析
• 1.材料与方法
• 2.结果
• 3 讨论
• 本章小结
• 第二章 能降解浒苔的海洋微生物的筛选
• 第一节 海泥中的降解微生物的分离和筛选
• 1.材料与方法
• 2 结果
• 3.讨论
• 第二节 腐烂藻体上降解微生物的分离和筛选
• 1.材料与方法
• 2 结果
• 本章小结
• 第三章 各菌种对浒苔的降解效果
• 第一节 几种微生物的纤维素酶酶活比较
• 1.材料与方法
• 2 结果
• 3 讨论
• 第二节 各菌种对浒苔的降解效果比较
• 1.材料与方法
• 2 结果
• 3 讨论
• 本章小结
• 第四章 康氏木霉和黑曲霉的混合发酵条件研究及其对浒苔的降解作用
• 第一节 康氏木霉、黑曲霉液体混合发酵产纤维素酶的研究
• 1 材料与方法
• 2 结果
• 第二节 康氏木霉、黑曲霉固体混合发酵的初步研究
• 1.材料与方法
• 2 结果
• 第三节 讨论
• 本章小结
• 致谢
• 参考文献