表面活性剂对堆肥中微生物产酶及有机质降解的影响研究

论文摘要

当前,城市生活垃圾污染日益严重,堆肥是城市生活垃圾处理的主要手段之一。然而,堆肥处理中存在着发酵周期长、降解不充分、优势降解菌种缺乏、微生物降解能力不足等问题,使堆肥处理有机生活垃圾的推广应用受到了限制。堆肥过程中,微生物通过产酶催化降解有机物。对于不同的底物,微生物会产生相对应的酶,进而催化水解各种底物。如果能有效地促进堆肥中微生物产酶,提高发酵过程中微生物降解有机质的能力,必将对发酵和堆肥过程中有机质的降解起到促进作用。目前国内外对微生物产酶的影响因素已有了比较多的研究。这些研究表明,添加表面活性剂是影响微生物产酶的一种方法。表面活性剂是具有亲水基和疏水基的离子或非离子化合物,具有降低表面张力、稳定乳化液、增溶、改变分子极性等作用。表面活性剂能够改变细胞表面的疏水性和极性等性质,改变细胞膜的通透性,有助于菌体胞外酶的分泌和其与底物的接触,从而提高微生物产酶量。生物表面活性剂是微生物在代谢过程中生成的表面活性物质,具有无毒、可生物降解等优点。本实验培养铜绿假单胞菌生产出了生物表面活性剂鼠李糖脂,对鼠李糖脂进行了分离提纯,并利用柱层析法和高效液相层析法对鼠李糖脂进行了纯化和鉴定,得到了较纯的鼠李糖脂,并鉴定出为二鼠李糖脂及单鼠李糖脂。堆肥过程中微生物种类繁多,反应过程复杂,其中主要优势菌分为细菌、放线菌和真菌三种。本实验采用固态发酵的方法,研究了化学表面活性剂Tween-80和生物表面活性剂鼠李糖脂对堆肥中的优势菌铜绿假单胞菌、枯草芽孢杆菌和栗褐链霉菌产酶的影响及发酵底物中有机质降解情况。结果表明,Tween-80能使铜绿假单胞菌和枯草芽孢杆菌产蛋白酶酶活提高65%和30%,并且能全面促进栗褐链霉菌产淀粉酶、蛋白酶、纤维素酶和半纤维素酶。鼠李糖脂对铜绿假单胞菌产蛋白酶有轻微抑制作用,但能使枯草芽孢杆菌产蛋白酶酶活提高51%,低浓度的鼠李糖脂促进栗褐链霉菌产蛋白酶和半纤维素酶酶活提高14.6%和37.6%,高浓度鼠李糖脂对栗褐链霉菌产酶有显著抑制作用。表面活性剂通过影响菌体产酶最终显著地影响了有机质的降解,有机质降解率与微生物产酶酶活成正相关关系。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 城市生活垃圾概述
• 1.1.1 城市有机生活垃圾的主要成分
• 1.1.2 城市有机固体废物的处理方法
• 1.2 好氧堆肥技术理论及研究进展
• 1.2.1 好氧堆肥技术基本原理
• 1.2.2 好氧堆肥过程的性质变化
• 1.2.3 好氧堆肥的生物化学与生物学
• 1.2.4 好氧堆肥腐熟度的评价
• 1.2.5 好氧堆肥的发展趋势
• 1.3 生物表面活性剂的研究进展
• 1.3.1 生物表面活性剂的产生与类型
• 1.3.2 生物表面活性剂的发酵制取及提取纯化
• 1.3.3 生物表面活性剂的特点
• 1.3.4 生物表面活性剂的应用
• 1.4 微生物产酶的研究进展
• 1.4.1 酶生物合成基本理论
• 1.4.2 主要产酶微生物种类
• 1.4.3 提高酶产量的措施
• 1.4.4 酶在环境污染治理中的应用
• 1.5 本研究的主要目的及内容
• 第2章 铜绿假单胞菌产鼠李糖脂研究及其纯化鉴定
• 2.1 鼠李糖脂结构及培养条件概述
• 2.1.1 鼠李糖脂的结构性质
• 2.1.2 影响表面活性剂生产的因素
• 2.2 鼠李糖脂纯化法-层析法
• 2.3 鼠李糖脂的鉴定-高效液相层析法
• 2.4 实验部分
• 2.4.1 材料与方法
• 2.4.2 实验设计
• 2.5 结果与讨论
• 2.5.1 鼠李糖脂的提取分离与纯化
• 2.5.2 鼠李糖脂的鉴定
• 2.6 小结
• 第3章 三种微生物产酶种类的测定
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 淀粉酶检测材料与方法
• 3.1.2 蛋白酶检测材料与方法
• 3.1.3 脂肪酶检测材料与方法
• 3.1.4 纤维素酶检测材料与方法
• 3.1.5 半纤维素酶检测材料与方法
• 3.2 检测结果
• 3.3 小结
• 第4章 表面活性剂对铜绿假单胞菌产蛋白酶的影响
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 材料与方法
• 4.2.2 实验设计
• 4.2.3 实验数据的测定
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 表面活性剂对铜绿假单胞菌产蛋白酶的影响
• 4.3.2 表面活性剂对铜绿假单胞菌菌体生长的影响
• 4.3.3 表面活性剂对酶提取液表面张力变化的影响
• 4.3.4 表面活性剂对酶提取液pH 值变化的影响
• 4.3.5 表面活性剂对堆料中挥发性有机质含量变化的影响
• 4.4 小结
• 第5章 表面活性剂对枯草芽孢杆菌产蛋白酶的影响
• 5.1 前言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 材料与方法
• 5.2.2 实验设计
• 5.2.3 实验数据的测定
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 表面活性剂对枯草芽孢杆菌产蛋白酶的影响
• 5.3.2 表面活性剂对枯草芽孢杆菌菌体生长的影响
• 5.3.3 表面活性剂对酶提取液表面张力变化的影响
• 5.3.4 表面活性剂对酶提取液pH 值变化的影响
• 5.3.5 表面活性剂对堆料中挥发性有机质含量变化的影响
• 5.4 小结
• 第6章 表面活性剂对栗褐链霉菌产酶的影响
• 6.1 前言
• 6.2 实验部分
• 6.2.1 材料与方法
• 6.2.2 固态发酵堆料的配制
• 6.2.3 实验设计
• 6.2.4 酶液的提取
• 6.2.5 实验数据的测定
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 表面活性剂对栗褐链霉菌菌体生长的影响
• 6.3.2 表面活性剂对栗褐链霉菌产淀粉酶的影响
• 6.3.3 表面活性剂对栗褐链霉菌产蛋白酶的影响
• 6.3.4 表面活性剂对栗褐链霉菌产纤维素酶的影响
• 6.3.5 表面活性剂对栗褐链霉菌产半纤维素酶的影响
• 6.3.6 pH 值和堆料中挥发性有机质含量的变化
• 6.4 小结
• 结论与建议
• 结论
• 建议
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读硕士学位期间所发表的学术论文目录