秸秆二步混合发酵降解体系的组建及优化

论文摘要

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,H6-T10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。

论文目录

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