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《北京工商大学》 2016年
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柠檬酸废水IC反应器菌群DGGE分析和废渣高值化利用研究

谢丹  
【摘要】:柠檬酸废水IC反应器处理工艺中,反应器中菌群组成与动态变化与反应器效率息息相关。因此探究反应器污泥菌群群落特征,分析菌群组成与反应器效率的关系,可以为提高反应器效率提供理论依据。本文应用PCR-DGGE技术分析了持续运行状态下的IC反应器污泥微生物动态变化,并分析其与反应器效率的关系,为进一步研究提高反应器效率奠定基础。柠檬酸生产废渣主要以玉米为原料,糖化后过滤的糖渣,其营养成分单一,主要成分为蛋白和纤维等。通过微生物发酵改善渣的成分结构,提高营养价值,可以使渣得到高值化利用。本文分别采用了单菌发酵法和混菌发酵法发酵渣,意在改善渣的营养价值。本研究的主要工作和结果如下:(1)针对IC反应器污泥菌群丰富、结构复杂的特点,为得到更加全面、准确的分析结果,本研究有针对性地对PCR-DGGE分析技术进行了方法优化和建立。本研究对比了三种DNA提取方法,对影响DGGE电泳结果的三个影响因素进行了3个水平的优化。通过方法比较和条件优化,建立了针对IC反应器污泥样品的PCR-DGGE分析方法,为全面分析污泥菌群特征奠定基础。(2)利用本研究已建立的DNA提取方法和PCR-DGGE电泳条件,对间隔取样于持续运行中的IC反应器不同位置的16个污泥样品微生物群落动态组成进行分析,综合使用了PCA分析、聚类分析等方法得到:持续运行中的IC反应器污泥菌群种类和数量不随运行时间的变化而发生变化;反应器中不同位置的污泥菌群种类不随位置变化,而不同物种间含量会发生变化,其中变化最显著的是拟杆菌门和变形菌门。反应器菌群呈现动态稳定状态,而反应器的废水处理效率和沼气产量也保持动态稳定。(3)选择一株枯草芽孢杆菌和一株酿酒酵母菌,分别采用单菌发酵和混菌发酵法发酵柠檬酸生产废渣。针对不同菌种生长条件差异大的特点,对单菌发酵和混菌发酵分别进行了发酵条件优化,获得最佳发酵工艺条件。通过对比两种菌单菌发酵产物,发现采用酿酒酵母菌发酵废渣产物蛋白含量和风味物质都比采用枯草芽孢杆菌的含量高。比较混菌发酵和单菌发酵,发现混菌发酵渣的消化率提升效果更好,渣更容易被消化吸收。
【关键词】:IC反应器 微生物群落 PCR-DGGE 柠檬酸废渣 高值化研究
【学位授予单位】:北京工商大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:X792;X172
【目录】:
  • 摘要4-5
  • Abstract5-10
  • 第1章 绪论10-21
  • 1.1 柠檬酸概述10-11
  • 1.1.1 柠檬酸简介10
  • 1.1.2 柠檬酸的主要用途10
  • 1.1.3 我国柠檬酸的发展现状10-11
  • 1.1.4 国内外柠檬酸研究现状11
  • 1.2 柠檬酸发酵废水研究现状11-15
  • 1.2.1 柠檬酸发酵废水处理工艺概述11-12
  • 1.2.2 内循环厌氧反应器(IC)概述12-14
  • 1.2.3 利用PCR-DGGE技术分析厌氧微生物研究进展14-15
  • 1.3 柠檬酸生产废渣研究现状15-18
  • 1.3.1 柠檬酸生产废渣利用现状16-17
  • 1.3.2 废渣生产蛋白饲料研究现状17-18
  • 1.4 本课题研究思路、研究目标及主要研究内容18-21
  • 1.4.1 研究背景及意义18-19
  • 1.4.2 研究目标及内容19
  • 1.4.3 研究技术路线19-21
  • 第2章 实验材料与方法21-32
  • 2.1 实验样品21
  • 2.1.1 PCR-DGGE研究污泥样品21
  • 2.1.2 IC反应器进出水样品21
  • 2.1.3 废渣高值化利用研究样品21
  • 2.2 主要药品和试剂21-23
  • 2.2.1 实验药品21-22
  • 2.2.2 主要试剂22-23
  • 2.2.3 引物23
  • 2.3 主要仪器23-24
  • 2.4 实验方法24-32
  • 2.4.1 污泥中微生物基因组总DNA提取方法24-26
  • 2.4.2 污泥 16SrDNA和DGGE PCR扩增方法26
  • 2.4.3 DGGE电泳方法26-27
  • 2.4.4 固态发酵条件优化方法27-29
  • 2.4.5 废渣基本成分测定方法29-30
  • 2.4.6 废渣氨基酸组成及含量分析方法30-31
  • 2.4.7 废渣体外消化实验方法31
  • 2.4.8 废渣挥发性物质成分分析方法31-32
  • 第3章 IC反应器菌群结构与反应器效率分析32-43
  • 3.1 IC反应器菌群结构分析32-41
  • 3.1.1 污泥基因组总DNA提取条件优化32-33
  • 3.1.2 不同样品基因组总DNA提取33-34
  • 3.1.3 PCR扩增34-35
  • 3.1.4 DGGE电泳条件优化35-37
  • 3.1.5 污泥菌群结构分析37-41
  • 3.2 IC反应器效率分析41-42
  • 3.3 小结42-43
  • 第4章 废渣固态发酵高值化研究43-65
  • 4.1 废渣氨基酸测定方法建立43-50
  • 4.1.1 流速优化43-44
  • 4.1.2 洗脱条件优化44-45
  • 4.1.3 柱温优化45-46
  • 4.1.4 废渣样品氨基酸测定重复性及重现性46-47
  • 4.1.5 废渣样品加标回收率47-48
  • 4.1.6 氨基酸标准品定性和标准曲线测定48-49
  • 4.1.7 小结49-50
  • 4.2 单种菌固态发酵废渣研究50-60
  • 4.2.1 枯草芽孢杆菌发酵废渣研究50-55
  • 4.2.2 酿酒酵母菌发酵废渣研究55-59
  • 4.2.3 小结59-60
  • 4.3 混合菌固态发酵废渣研究60-65
  • 4.3.1 发酵过程基本成分分析60-61
  • 4.3.2 粗蛋白含量61
  • 4.3.3 氨基酸组成与含量61-62
  • 4.3.4 体外消化评价62-64
  • 4.3.5 挥发性成分种类分析64
  • 4.3.6 小结64-65
  • 第5章 结论与展望65-67
  • 5.1 主要结论65-66
  • 5.2 展望66-67
  • 参考文献67-71
  • 附录A DGGE切胶回收测序结果71-73
  • 附录B IC反应器进出水基本成分73-74
  • 附录C 氨基酸条件优化色谱图74-76
  • 附录D 渣发酵过程基本成分分析76-81
  • 致谢81

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