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水稻秸秆固态糖化发酵产乳酸的研究

作　者: 张劢
导　师: 樊华
学　校: 南昌大学
专　业: 环境工程
关键词: 水稻秸秆 酶解 乳酸 同步糖化发酵 分步糖化发酵
分类号: TQ922.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要


我国的植物纤维资源中，稻草秸秆、麦秸、玉米秸秆等农作物秸秆占主要部分，鉴于我国是水稻生产大国，水稻秸秆产量丰富，选用稻草秸秆作为原料进行固态糖化发酵产乳酸研究，对于变废为宝，提高资源的综合利用率和保护环境具有重大的意义。研究表明：1)里氏木霉对稻草粉酶解糖化固态发酵的最佳条件为：经2％NaOH处理的稻草粉与麦麸以3∶1比例混合作碳源，氮源是浓度为2％的（NH4）2SO4。当起始pH值为5.0、固液比为1∶3、接种量为0.50 ml、培养温度为30℃，经72h静置发酵，酶活达到最佳，纤维素滤纸酶活为277.58U／g，CX酶活为1651.88U／g。2)复合菌（里氏木霉和黑曲霉）处理纤维素水解产生的葡萄糖的效果比单一的里氏木霉或黑曲霉效果显著，说明复合菌具有较好的协同作用。进行正交实验，得到产纤维素酶的固态发酵培养条件：稻草粉：3g，麦麸：1g，（NH4）2SO4：0.36g，加水12ml，起始pH5.0，30℃静置培养3天。经测定各因子对于滤纸酶活和CX酶活的影响大小依次为硫酸铵、加水倍数、稻草粉、麦麸粉。3)米根霉与短乳酸杆菌以葡萄糖为原料产乳酸的影响因素表明：短乳杆菌发酵的最优条件为葡萄糖量约80mg／ml，蛋白胨5.0mg／ml，酵母膏5.0mg／ml，无水硫酸镁0.5mg／ml，氯化钠0.1mg／ml，磷酸二氢钾0.5mg／ml，pH5.5。转化率为83.0％。米根霉发酵最优条件为氮源2mg／ml，KH2PO40.005％，MgSO4·7H2O0.025％，CaCO35％，pH值为5.0，CaCO3分批加入。转化率为84.3％。4)米根霉的分步糖化发酵的产酸量为15.0g／l，乳酸转化率为43.9％；同时糖化发酵的产酸量为16.1g／l，纤维素对乳酸的转化率为50.3％。短乳杆菌分步糖化发酵的产酸量为15.3g／l，乳酸转化率46.6％；同时糖化发酵的产酸量为19.4g／l，纤维素对乳酸的转化率60.6％。5)无论是米根霉还是短乳杆菌采用同时糖化发酵工艺的乳酸产量高于分步糖化发酵工艺，通过对发酵过程的单因素实验，得出了菌种与酶曲的添加时间、糖化发酵温度、接种量、发酵时间等不同条件，对乳酸产量的影响。6)利用纤维素资源固态同步糖化发酵工艺了生产乳酸，与传统的生产乙醇或单细胞蛋白的工艺比较，可提高物料转化率和产品价值；对促进可再生资源的利用及可持续发展战略的实施具有重要的意义。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-11
第1章 引言  11-31
  1.1 概述  11
  1.2 植物纤维资源  11-14
    1.2.1 植物纤维原料的构成  12-13
    1.2.2 纤维素  13
    1.2.3 半纤维素  13-14
    1.2.4 木质素  14
  1.3 植物纤维资源的水解  14-15
    1.3.1 纤维物料的酸水解  14
    1.3.2 纤维物料的酶法水解  14-15
  1.4 纤维素酶  15-18
    1.4.1 纤维素酶的组成和分类  15-16
    1.4.2 酶法水解的影响因素  16-17
    1.4.3 纤维素酶国内外研究进展  17-18
  1.5 产纤维素酶的菌种  18-21
    1.5.1 主要菌种  18-19
    1.5.2 不同菌株的相互作用  19
    1.5.3 生产菌种的选育  19-21
  1.6 固态发酵概述  21-22
  1.7 纤维物料的糖化发酵产乳酸  22-23
    1.7.1 糖化、发酵分步工艺  22
    1.7.2 同时糖化发酵法  22-23
  1.8 乳酸的性质、用途与发酵法生产  23-26
    1.8.1 乳酸的结构与性质  23-24
    1.8.2 乳酸的应用  24-26
  1.9 乳酸发酵的生产方法及产生菌种  26-27
    1.9.1 同型乳酸发酵  26
    1.9.2 异型乳酸发酵  26-27
    1.9.3 双歧乳酸发酵  27
  1.10 国内外发酵研究生产L-乳酸的研究现状  27-28
  1.11 本研究的目的意义及内容  28-31
    1.11.1 研究的目的及意义  28-29
    1.11.2 研究内容  29
    1.11.3 拟解决的主要问题及创新之处  29-31
第2章 实验材料、设备与方法  31-37
  2.1 纤维素物料的选择  31
  2.2 产酶菌种  31-32
    2.2.1 木霉  31
    2.2.2 黑曲霉  31-32
  2.3 乳酸发酵菌种  32
    2.3.1 短乳杆菌  32
    2.3.2 米根霉  32
  2.4 菌种保藏和发酵培养基  32-33
    2.4.1 PDA培养基  32-33
    2.4.2 MRS培养基  33
    2.4.3 米根霉培养基  33
    2.4.4 乳酸菌培养基  33
  2.5 纤维素酶活力与糖的测定  33-35
    2.5.1 葡萄糖(G)标准曲线的制作  33-34
    2.5.2 纤维素酶活力测定  34-35
    2.5.3 还原糖的测定  35
  2.6 乳酸的测定  35-37
第3章 纤维素分解菌固态发酵产酶条件的优化  37-46
  3.1 实验材料和方法  37-38
    3.1.1 物料预处理  37
    3.1.2 菌种  37
    3.1.3 培养基  37
    3.1.4 主要仪器与设备  37-38
    3.1.5 培养方法  38
    3.1.6 分析方法  38
  3.2 稻草粉中纤维素、半纤维素和木质素的含量  38
  3.3 不同菌种产纤维素酶能力的比较  38-39
  3.4 不同碳源对里氏木霉产酶的影响  39
  3.5 固态发酵培养条件的优化  39-45
    3.5.1 稻草粉与麦麸的比例对产酶的影响  39-40
    3.5.2 氮源对产酶的影响  40-41
    3.5.3 (NH_4)_2SO_4浓度对产酶的影响  41-42
    3.5.4 固液质量比对产酶的影响  42-43
    3.5.5 温度对产酶的影响  43
    3.5.6 接种量对产酶的影响  43-44
    3.5.7 培养时间对产酶条件的影响  44-45
  3.6 小结  45-46
第4章 里氏木霉和黑曲霉复合菌发酵产纤维素酶的研究  46-54
  4.1 实验材料与设备  46-47
    4.1.1 材料  46
    4.1.2 主要仪器与设备  46
    4.1.3 实验设计  46-47
  4.2 实验方法  47
    4.2.1 培养方法  47
    4.2.2 纤维素酶的提取  47
    4.2.3 稻草的酶解糖化  47
  4.3 复合菌固态发酵初步研究  47-51
    4.3.1 相对接种时间对固态混合发酵产纤维素酶的影响  47-48
    4.3.2 接种比例对产酶的影响  48-49
    4.3.3 培养温度对产酶的影响  49
    4.3.4 固态混合发酵培养基的优化  49-51
  4.4 发酵过程中pH、残余还原糖及纤维素酶的变化  51-53
  4.5 小结  53-54
第5章 米根霉与短乳杆菌发酵条件优化  54-60
  5.1 实验材料与设备  54-55
    5.1.1 菌种  54
    5.1.2 培养基  54
    5.1.3 主要实验药品  54
    5.1.4 主要实验仪器与设备  54
    5.1.5 分析测试方法  54-55
  5.2 单因素实验  55-59
    5.2.1 米根霉发酵的条件  55-57
    5.2.2 短乳杆菌菌种发酵条件研究  57-59
  5.3 小结  59-60
第6章 米根霉和短乳杆菌利用稻草产乳酸的研究  60-70
  6.1 实验材料与方法  60-61
    6.1.1 菌种  60
    6.1.2 培养基  60
    6.1.3 酶液来源  60
    6.1.4 主要实验药品  60
    6.1.5 主要实验仪器与设备  60
    6.1.6 分析测试方法  60-61
  6.2 米根霉分步糖化发酵与同时糖化发酵工艺  61-63
    6.2.1 米根霉的分步糖化发酵  61-62
    6.2.2 米根霉的同步糖化发酵  62-63
    6.2.3 米根霉同时糖化与分步糖化乳酸发酵的比较  63
  6.3 乳杆菌分步糖化发酵与同时糖化发酵工艺  63-65
    6.3.1 乳杆菌的分步糖化发酵  63-64
    6.3.2 乳杆菌的同步糖化发酵  64-65
  6.4 水稻秸秆同时糖化与乳酸发酵的影响因素实验  65-68
    6.4.1 米根霉或乳杆菌与纤维素酶的添加时间的影响  65-66
    6.4.2 发酵温度的影响  66-67
    6.4.3 接种量的影响  67
    6.4.4 发酵时间的影响  67-68
  6.5 小结  68-70
第7章 结论与展望  70-72
  7.1 结论  70-71
  7.2 展望  71-72
致谢  72-73
参考文献  73-77
攻读学位期间的研究成果  77

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 其他化学工业 > 发酵工业 > 发酵法制氨基酸 > 其他
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