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《哈尔滨工业大学》 2008年
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稻草秸秆降解中生物表面活性剂的增效作用及发酵新工艺

张秋卓  
【摘要】: 能源危机的出现使利用木质纤维素类物质生产燃料酒精成为目前国内外研究的热点。鉴于木质纤维素结构的高度复杂性以及纤维素酶的难回收性,将木质纤维素水解成还原糖成为生产燃料酒精的限速步骤。本文即围绕这一限速水解步骤展开研究,旨在最大限度地提高还原糖产量。针对上海地区特殊的农作物种植结构,本文选择稻草秸秆为目标降解物,利用微生物水解稻草秸秆生成还原糖,为后续的燃料酒精生产提供前提条件。 通过纤维素刚果红平板初筛以及测定酶活值复筛,从菜地、腐烂的树根及朽木周围的土壤中筛选出了一株高效稻草降解真菌ZM-4。以ZM-4为出发菌株,通过紫外-硫酸二乙酯复合交替诱变得到高效突变株—里氏木霉ZM4-F3。利用里氏木霉ZM4-F3降解稻草秸秆,发现其所产纤维素酶酶活、产还原糖量、稻草降解率以及纤维素降解率均比出发菌株ZM-4有显著提高。经6代连续培养,ZM4-F3仍能保持较高及较稳定的纤维素酶活性,适用于工业生产。 利用氢氧化钠对稻草秸秆进行预处理,探讨了预处理的最优条件,并利用扫描电镜观察了稻草秸秆预处理前后的形貌。通过三因素四水平的正交实验,优化出里氏木霉ZM4-F3水解稻草秸秆的最佳条件,并利用气相色谱对稻草秸秆水解后的还原糖组成成分进行了详细分析。 鉴于表面活性剂可对纤维素水解起增效作用,本文经蓝色凝胶平板初筛及测定表面张力值复筛,从长期被汽油污染的土壤中筛选出了一株生物表面活性剂产生菌BSZ-07。经生理生化鉴定、扫描电镜分析以及16SrDNA序列分析,初步确定其为铜绿假单胞菌。通过四因素三水平的正交实验,优化出BSZ-07的最优产剂条件。研究发现,BSZ-07能在较长时间内使发酵液保持较好的乳化稳定性,因此是一株较优良的生物表面活性剂产生菌。经傅立叶红外光谱分析、核磁共振分析及元素分析,初步确定BSZ-07所产生物表面活性剂为鼠李糖脂。 向稻草降解体系中添加鼠李糖脂生物表面活性剂以提高其酶解产糖量,并实现了鼠李糖脂的在线生产添加方式。由于在线生产添加方式省去了鼠李糖脂的提纯这一复杂工艺,因而可有效降低鼠李糖脂的生产成本。鼠李糖脂的在线添加通过里氏木霉ZM4-F3与铜绿假单胞菌BSZ-07的两阶段共水解新工艺实现。探讨了两阶段共水解新工艺的最优工艺条件,结果表明,两阶段共水解样品不仅能提高产糖量及稻草降解率,还能有效缩短达最大产糖量及最大稻草降解率的时间。 最后,初步探讨了鼠李糖脂生物表面活性剂对稻草秸秆降解起增效作用的机制。研究结果表明,添加鼠李糖脂后β-葡萄糖苷酶活性的增加、Cel7A酶稳定性的提高、底物表面电荷密度的增大以及鼠李糖脂在木质素表面的吸附可能是其对稻草秸秆降解过程产生增效作用的主要机制。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:X712

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【引证文献】
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