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木质纤维素来源发酵抑制物的生物降解以及光合发酵制氢

朱智楠  
【摘要】:木质纤维素在预处理过程产生的糠醛、羟甲基糠醛、乙酸、甲酸、乙酰丙酸等降解产物对后续的酶水解和发酵过程产生了强烈的抑制。这些抑制物的脱除即所谓的“脱毒”步骤是进行正常发酵的前提条件。通过微生物降解的方法进行生物脱毒是最为有效的方法之一。本文通过合成培养基初筛和预处理秸秆复筛,筛出三株能够降解预处理木质纤维素中抑制物的真菌:Amorphotheca resinae ZN1、Penicillium polonicum ZN2、Penicillium turbatum ZN3,并用16sDNA的方法对菌种属性进行了初步鉴定。生长特性实验结果表明,在抑制物浓度不高的条件下,A. resinae ZN1能够在pH 3-8,温度20-32℃下正常生长,并对氧需求不严格。该菌对各种抑制物单独存在时的最大降解浓度为乙酸8g/l,甲酸13g/l,糠醛4g/l,羟甲基糠醛5g/l。对于典型稀酸预处理条件下处理的玉米秸秆,在30%固含量条件下,酶水解后水解液主要成分为:葡萄糖65g/l,木糖34g/l,乙酸9.0g/l,甲酸2.7g/l,糠醛和羟甲基糠醛0.8g/l。酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae DQ1在37℃下不能在未经任何脱毒处理的水解液中正常生长,而预处理秸秆经过A. resinae ZN1脱毒4天并水解后,S. cerevisiae DQ1在同样条件下可以进行正常的同步糖化与发酵,最终乙醇浓度可达43g/l。本论文的另一部分内容是利用木质纤维素来源发酵抑制物中以及发酵过程产生的有机酸进行光合发酵产氢。选用Rhodobacter sphaeroides ZX-5菌种,用于木质纤维素油脂发酵后水解液的有机酸光合发酵制氢。实验结果表明,在30℃,45001ux光照强度下,R. sphaeroides ZX-5可将发酵废液中的有机酸和残糖完全降解,氢气得率8ml H2/ml effluent。将有机酸利用起来光合发酵制氢,不仅可以解决生物燃料工业废水处理,而且可生产洁净氢能源。


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