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桑皮纤维生物提取菌种筛选与关键工艺技术研究

作　者: 郜小娟
导　师: 杜双田；薛泉宏
学　校: 西北农林科技大学
专　业: 微生物学
关键词: 桑皮纤维菌种筛选脱胶漂白工艺技术
分类号: TS102.22
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 40次
引　用: 3次
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内容摘要

桑皮纤维具有柔韧、密度适中和可塑性强等特点,其手感柔软、易于染色,既有蚕丝的光泽,又有麻纤维的挺括,有着优良的吸湿性、透气性和保暖性。而我国作为蚕丝出口大国,有着丰富的桑树资源,这为桑皮纤维的开发研究提供了极有利的条件。韧皮纤维的提取方法可分为:自然脱胶、化学脱胶和生物脱胶。自然脱胶主要是依靠桑皮表面的附生菌束解纤维,这常常受环境的影响较大,且耗费时间太长,生产效率低;而化学法提取纤维对环境的污染大、能耗高,且对纤维有一定的损伤;酶法脱胶成本昂贵,不适于工厂化应用。本试验为克服以上缺点,通过筛选优良脱胶菌种进行降解胶质,提取桑皮纤维。通过试验研究得到如下结果:1.桑皮非纤维生物降解菌种筛选及鉴定通过广泛采样、富集培养、稀释涂布平板进行菌种的分离纯化,并进行摇瓶发酵降解桑皮,共获得了30株具有降解桑皮能力的菌株,通过桑皮降解率的测定,以其中10株菌进行复筛。通过对该10株菌产酶性能的测定,发现菌株W5、L3-3和40三株菌纤维素酶活性较低,果胶酶和木聚糖酶活性较高,经数代转接性能表现稳定,为优良脱胶菌株。而其它菌株纤维素酶活性较高,对桑皮纤维的降解作用较强,不宜选用。通过对筛选的优良脱胶菌株W5、L3-3和40的形态学及生理生化特征试验,初步确定为芽孢杆菌属(Bacillus. sp)细菌。2.桑皮纤维生物提取工艺条件优化通过研究脱胶温度、脱胶时间,初始pH、水料比及接种量各单因素对桑皮纤维提取效果的影响规律研究,建立数学模型,经模型优化确定脱胶的适宜时间为51.5 h,温度为36.9℃,pH值为7.18,接种量21.0%,水料比25.4:1。采用二次正交旋转组合设计研究各因素对桑皮生物脱胶的影响,结果表明:(1)各单因素对脱胶效果的影响程度依次为:脱胶时间﹥初始pH﹥接种量﹥水料比﹥脱胶温度。脱胶时间的延长、初始pH的升高及接种量的加大,对桑皮残胶率的降低有明显的作用,时间是脱胶过程中的关键控制因素,桑皮脱胶效果最佳时各单因素的值为:接种量16.9%,pH 7.8,水料比21.9:1,脱胶温度32.4℃,脱胶时间52.7 h。(2)交互作用的分析显示:接种量与pH、接种量与脱胶时间和pH与水料比的交互作用对残胶率的影响达极显著水平,脱胶温度与时间的交互作用对残胶率的影响达显著水平。(3)在中性偏碱的条件下加大接种量有利于脱胶。(4)在充分降解体系内胶质的时间内,加大接种量有利于脱胶。(5)水料比影响脱胶体系中pH变化、纤维分散性、积累代谢物的浓度,从而影响脱胶过程中胶质的降解速度和反应时间。偏碱条件有利于细菌的生长及酶的活性提高,胶质的降解速度因此加快,桑皮的残胶率逐渐降低。(6)在适宜的脱胶温度下,适当延长脱胶时间,有利于脱胶作用的进行。通过数学模型的优化,确定了生物法提取桑皮纤维的最佳工艺条件是:接种量12.7%,pH 7.0,水料比25:1,脱胶温度37℃,脱胶时间52.5 h。经过试验验证,在该条件下,残胶率为11.59%,纤维质量良好。3.生物法提取桑皮纤维漂白工艺的研究采用正交回归组合设计研究了碱(NaOH)用量、漂白剂(H2O2)用量、水料比、漂白温度及漂白时间对生物法提取桑皮纤维漂白的影响。表明:(1)各因子对纤维白度的影响程度依次为:漂白温度>漂白时间>碱用量>漂白剂用量>水料比,漂白温度是漂白过程中的关键控制因素。(2)因子交互效应分析显示:在适宜的温度下,适当的提高碱用量有利于桑皮纤维的漂白,而且能缩短漂白时间;(3)随着漂白时间的延长,高浓度的漂白剂不但能缩短漂白时间,而且能提高漂白效果,但高浓度漂白剂长时间的漂白会降低纤维的白度;(4)水料比是影响纤维漂白的重要因素,适宜的水料比不但能提高漂白效果,而且能缩短漂白的时间。通过对纤维白度模型的优化,漂白的最佳工艺参数为:碱用量2.05 %,漂白剂用量6 %,水料比16.7:1,漂白温度112℃,漂白时间125 min。在最佳工艺参数条件下,纤维白度达75.0以上。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
第一章文献综述  11-21
  1.1 桑皮成分分析  11-12
    1.1.1 半纤维素  11
    1.1.2 果胶  11-12
    1.1.3 脂蜡质  12
    1.1.4 木质素  12
    1.1.5 水溶物  12
  1.2 国内外研究现状  12-19
    1.2.1 桑皮纤维开发利用的现状  12-13
    1.2.2 脱胶工艺的研究  13-16
    1.2.3 菌种筛选和鉴定的研究  16-18
    1.2.4 漂白工艺的研究  18-19
  1.3 本研究的目的意义  19-20
  1.4 本研究的技术路线  20-21
第二章桑皮非纤维降解菌种的筛选及鉴定  21-40
  2.1 桑皮微生物脱胶菌种的筛选  21-24
    2.1.1 材料  21
    2.1.2 试验方法  21-22
    2.1.3 结果分析  22-24
  2.2 菌株产酶性能的测定  24-32
    2.2.1 试验材料  24
    2.2.2 试验方法  24-25
    2.2.3 结果与分析  25-32
  2.3 桑皮降解菌株的鉴定  32-39
    2.3.1 试验材料  32-34
    2.3.2 试验方法  34-37
    2.3.3 结果与分析  37-39
  2.4 结论与讨论  39-40
第三章桑皮纤维生物提取工艺条件优化  40-56
  3.1 材料与方法  40-41
    3.1.1 材料  40
    3.1.2 培养基  40
    3.1.3 试验方法  40-41
  3.2 结果与分析  41-54
    3.2.1 不同时间对桑皮残胶率的影响  41-42
    3.2.2 不同温度对桑皮残胶率的影响  42-43
    3.2.3 不同pH 对桑皮残胶率的影响  43-44
    3.2.4 不同接种量对桑皮残胶率的影响  44-45
    3.2.5 不同水料比对桑皮残胶率的影响  45-46
    3.2.6 二次正交旋转组合试验分析  46-54
  3.3 结论与讨论  54-56
第四章生物法提取桑皮纤维漂白工艺的研究与优化  56-65
  4.1 材料与方法  56-57
    4.1.1 试验材料  56
    4.1.2 试验方法  56-57
  4.2 结果与分析  57-64
    4.2.1 不同处理对桑皮纤维漂白效果的影响  57-59
    4.2.2 单因素对桑皮纤维白度（y_(xi)）的效应分析  59-61
    4.2.3 因素间交互作用对桑皮纤维白度的影响  61-63
    4.2.4 桑皮纤维白度模型的优化  63-64
  4.3 结论与讨论  64-65
结论与展望  65-67
参考文献  67-74
致谢  74-75
作者简介  75

桑皮纤维生物提取菌种筛选与关键工艺技术研究

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