酶菌共降解玉米秸秆及饲料化工艺研究

论文摘要

我国农作物秸秆的年产量高达7亿多吨,其中玉米秸秆2亿多吨,绝大部分未得到合理的开发利用,浪费严重,而且造成了严重的环境污染。利用生物技术将纤维素原料转化为单糖,进一步生产蛋白饲料或其他发酵产品是实现可再生资源充分利用的有效途径,且可缓解粮食危机、能源危机,解决环境污染等问题,同时还可调整农业产业结构,实现资源综合利用,促进农业可持续发展。本文以生产蛋白饲料为目的,采用物理法将玉米秸秆预处理,以生物技术手段转化生产蛋白饲料。通过高温蒸煮破坏玉米秸秆细胞壁结构,便于酶解；利用复合酶将多聚糖降解成单糖；经双菌种发酵转化为菌体蛋白,提高秸秆饲料蛋白含量。获得如下结果：1.双菌种发酵混合糖生产蛋白饲料最适条件：培养基配比（g/L）为葡萄糖60、木糖40、（NH4）2SO421.0、尿素6.0、酵母粉4.0、MgSO41.1、K2HPO41.0、KH2PO41.0,250mL三角瓶装液量100mL,产朊假丝酵母接种量4%,嗜单宁管囊酵母接种量6%。摇床转速160r/min、30℃下发酵18h,木糖利用率91.65%,葡萄糖利用率92.39%,产干酵母18.22g/L,酵母蛋白质含量9.30g/L。表明利用葡萄糖、木糖为碳源生产菌体蛋白可行。2.高温蒸煮预处理玉米秸秆最适条件：将含水分7.94%原秸秆粉碎过40目筛,于高温蒸煮罐中180℃下蒸煮1.5h,烘干。酶解效果对比表明,蒸煮后的秸秆降解率为72.20%,接近理论降解率74.32%。原秸秆相同条件下降解率为48.50%,差异显著。因此,高温蒸煮预处理方法可明显提高酶解效果。3.复合酶解蒸煮秸秆最适条件：将蒸煮秸秆3.072g加入到30mL pH4.8柠檬酸缓冲液中,121℃灭菌20min,冷却后加入纤维素酶87.5U、木聚糖酶100U、β-葡聚糖酶60U、果胶酶39U,于50℃、100r/min下酶解16h,得还原糖0.8940g（戊糖0.4583g）,加入酵母发酵所需营养物对酶解效果无影响。复合酶在酶解初期效果显著,生成还原糖到一定浓度后对复合酶有抑制作用。4.双菌种同步糖化发酵秸秆产蛋白饲料最适条件：称取蒸煮秸秆3.072g、硫酸铵0.25g、尿素0.10g、酵母粉0.06g、硫酸镁0.010g,加入pH4.8柠檬酸缓冲液30mL,调pH4.8,121℃灭菌20min,冷却后于最适条件下酶解16h,接入产朊假丝酵母种子液2.0mL、嗜单宁管囊酵母种子液2.0mL,于29℃,摇床转速100r/min下发酵55h,获得发酵秸秆3.021g,粗蛋白含量0.8591g,产率28.44%,为原秸秆的4.33倍。结果表明,通过生物转化可明显提高秸秆粗蛋白含量,超过了蛋白饲料中最低含20%粗蛋白量的要求。高温蒸煮预处理与酶菌共降解秸秆制备蛋白饲料工艺无污染,酶用量少,降解效果明显,对玉米秸秆蛋白饲料化具有重要参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 文献综述
• 1.1 秸秆
• 1.1.1 秸秆产量
• 1.1.2 秸秆资源种类及分布
• 1.1.3 秸秆未有效使用带来的危害
• 1.1.4 秸秆组成及综合利用的可行性
• 1.1.5 秸秆综合利用现状
• 1.1.6 生物技术用于秸秆降解的研究进展
• 1.1.7 酶菌共降解秸秆的前景
• 1.1.8 本课题的目的意义
• 1.2 本文立题依据
• 1.2.1 理论依据
• 1.2.2 技术依据
• 1.3 研究内容及预期目标
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 技术路线
• 1.3.3 预期目标
• 2 材料与方法
• 2.1 仪器与设备
• 2.2 药品与试验材料
• 2.3 试验菌种及酶制剂
• 2.4 试验方法
• 2.4.1 试剂配制
• 2.4.2 培养基及菌种制备
• 2.4.3 双菌种发酵混合糖生产饲料蛋白
• 2.4.4 高温蒸煮预处理玉米秸秆
• 2.4.5 复合酶解蒸煮秸秆
• 2.4.6 双菌种同步糖化发酵秸秆产蛋白饲料
• 2.4.7 理化检测方法
• 3 结果与分析
• 3.1 标准曲线
• 3.2 双菌种发酵混合糖生产饲料蛋白
• 3.2.1 产朊假丝酵母高产葡萄糖培养基的优化
• 3.2.2 嗜单宁管囊酵母高产木糖培养基的优化
• 3.2.3 双菌种发酵混合糖培养基条件的确定
• 3.2.4 研究小结
• 3.3 高温蒸煮预处理玉米秸秆条件选择
• 3.3.1 玉米秸秆主要成分测定
• 3.3.2 高温蒸煮方法预处理秸秆
• 3.3.3 小结
• 3.4 复合酶解蒸煮秸秆条件选择
• 3.4.1 复合酶降解秸秆降解率的条件优化
• 3.4.2 复合酶降解秸秆产糖量的条件优化
• 3.4.3 酶解工艺选择
• 3.4.4 营养物加入时机选择
• 3.4.5 仪器分析
• 3.4.6 小结
• 3.5 双菌种同步发酵秸秆产蛋白饲料的条件确定
• 3.5.1 各营养物量对粗蛋白产量影响
• 3.5.2 接种量对粗蛋白产量影响
• 3.5.3 培养温度对粗蛋白产量影响
• 3.5.4 发酵时间对粗蛋白产量影响
• 3.5.5 酵母发酵降解秸秆产蛋白饲料的条件优化
• 3.5.6 仪器分析
• 3.5.7 小结
• 4 结论与展望
• 4.1 结论
• 4.2 课题创新点
• 4.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录
• 攻读硕士学位期间申请的专利目录