白腐菌对秸秆中木质素生物降解的研究.pdf_第1页
白腐菌对秸秆中木质素生物降解的研究.pdf_第2页
白腐菌对秸秆中木质素生物降解的研究.pdf_第3页
白腐菌对秸秆中木质素生物降解的研究.pdf_第4页
全文预览已结束

下载本文档

版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领

文档简介

第 2 2卷第4期 2 o 0 7年 1 2 月 天津科技大学学报 J o u r n a l o f T i a n j i n Un i v e r s i t y o f S c i e n c e T e c h n o l o g y Vl0 1 2 2 NO 4 De c 2 0 o 7 白腐茵对秸秆中木质素生物降解的研究 戴永鑫,王海宽,刘逸寒,路福平 ( 天津市工业微生物重点实验室,天津科技大学生物工程学院,天津 3 0 0 4 5 7) 摘要:研究了白腐菌及其产生的木质素降解酶系对秸秆的木质素生物降解方法, 探讨了黄孢原毛平革茵和杂色云 芝单一茵株生物降解及双茵株联合降解木质纤维素的规律 , 白腐菌双菌联合固态培养可使木质素降解率达到 4 7 6 4 , 脱木素选择性为 4 7 4 采用模拟大规模白腐茵堆积培养 ( 厚度 3 0 c m) 的方法降解秸秆木质素, 培养3 0 d , 木素降解率 为3 2 5 4 , 表明此方法是一种可行的大规模生物预处理方法 关键词:白腐菌;秸秆;生物降解;木质素 中图分类号:T Q 3 5 3 4 2 文献标识码:A 文章编号:1 6 7 2 6 5 1 0( 2 0 0 7)04 0 0 2 4 0 3 S t ud y o n Li g n i n Bi o l o g i c a l De g r a da t i o n o f St r a w wi t h W hi t e r o t Fun g i DM Yon g x i n, W ANG Ha i k ua n, LI U Yi h a n, LU Fu p i n g ( T i a n j i n K e y L a b o r a t o r y o f I n d u s t r i a l Mi c r o b i o l o g y , C o l l e g e o f B i o t e c h n o l o g y , T i a n j i n U n i v e r s i t y o f S c i e n c e & T e c h n o l o g y , T i a n j i n 3 0 0 4 5 7 C h i n a) Ab s t r a c t :T h e b i o l o g i c a l d e g r a d a t i o n o f l i g n i n i n C O m s t r a w wi t h wh i t e r o t f u n g i a n d l i g n i n d e g r a d a ti o n e n z y me s e c r e t e d b y wh i t e r o t f un gi wa s s t ud i e d The r ul e o f l i gn o ce l l ul os e de g r a d a t i on wa s di s c us s e d i n s i ng l e s t r a i n f e r m e nt a t i on an d t wo s t r ain S C O f e r me n t a t i o n Th e r e s u l t s s h o we d t h a t t h e r a t e o f l i g n i n d e g r a d a t i o n c o u l d r e a c h 4 7 6 4 an d t h e s e l e c t i o n o f l i g n i n d e g r a d a t i o n wa s 4 7 4 i n t wo s t r a i n s s o l i d s t a t e C O f e rm e n t a t i o n T h e d e g r a d a t i o n t e s t wa s s c a l e d u p t o 3 0 c m h e i g h t wi t h wh i t e r o t f u n g i Af t e r 3 0 d a y s , t h e r a t e o f d e g r a d a t i o n c o u l d r e a c h 3 2 5 4 Th e r e s u l t s s h o w tha t t h i s me t h o d o f l a r g e s c ale b i o l o g i c al p r e tr e a t m e n t i s f e a s i b l e Ke y wo r d s : whit e r o t f u n g i ; s tr a w ;b i o l o g i c al d e g r a d a t i o n;l i g n i n 白腐菌是对木质素具有最强降解能力的_ - 类真 菌, 它们通过分泌木质素降解酶系的主要成分木素过 氧化物酶 ( L i g n i n P e r o x i d a s e L i P) 、 锰过 氧化物 酶 ( Ma n g a n a s e s P e r o x i d a s e Mn P) 和 漆 酶( L a c c a s e L a c ) 等胞外氧化酶来降解木质素I2 】 秸秆是一种丰富 的纤维素资源 , 在我国农作物秸秆年产量达 6亿多 吨 , 除了少量被用 于造纸 、 纺织等行业或用作粗饲 料 、 薪柴外 , 大部分以堆积 、 荒烧等形式直接倾入环 境, 造成极大污染和浪费 】 如果将它们转化成气体 或液体燃料 ( 酒精、 氢气、 柴油等 ) , 不但可以缓解人 类所面临的资源危机、 食物短缺、 环境污染等一系列 问题, 也为人类的可持续发展提供了保证 国外有研究显示 J , 利用白腐菌对秸秆等草类原 料进行 固体发酵处理 , 可 以对木质素进行选择性降 收藕日期 :2 0 0 7 0 3 1 2 作者简介:戴永鑫 ( 1 9 8 l 一 )男 ,黑龙江人 ,硕士研究生 解 , 直接攻 击 胞 问层 中的木 质 素 , 导致 纤维 的分 离 目前, 国内利用白腐菌的生物降解研究大都处于 实验室阶段I 4 J , 如果能解决好原料的大规模生物处理 问题 , 这一技术将具有较好的工业化前景 本研究以 玉米秸秆为原料 , 采用模拟工厂大规模堆积培养的方 法, 用白腐菌对木质素进行生物降解, 并研究了降解 木质纤维素的选择性降解规律 , 以期能为秸秆的生物 预处理工艺提供有益的借鉴 1 材料与方法 1 1 材料 玉米秸秆 : 产 自天津军粮城农场 , 当年生 , 粉碎 至 2 0目, 烘干恒重备用 维普资讯 2 0 0 7年 1 2月 戴永鑫, 等:白腐菌对秸秆中木质素生物降解的研究 菌种 : 黄孢原毛平革菌 ( P h a n e r o c h a e t e c h r y s o s p 。 “ ) T C C C 4 1 0 1 5 ; 2 结果与讨论 杂 色 云 芝( C o r i o l u s v e r s i c o l o , ) T C C C 5 1 0 0 1( 以上均为本实验室保藏菌种 ) 1 2 固态培养木质素降解 将斜面保藏的菌种活化 , 黄孢原毛平革菌斜面孢 子洗下 , 制成菌悬液备用 , 杂色云芝平板菌种用无菌 打孔器制成直径 1 2 m l T l 、厚 2 I I n的菌块 , 备用 每 3 0 0 m L 三角瓶 中准确称取玉米秸秆粉 2 0 g , 加入一 定量的葡萄糖和硫酸铵 , 6 0 I 1 1 L 蒸馏水 , 即得 固态培 养基 , 1 2 1 c C 灭菌 3 0mi n 接种黄孢原毛平革菌到秸秆固体培养基中, 接种 量为 1 0 x l 0 个 I 1 1 L, 3 4 c C 静止培养 杂色云芝按每 瓶 3个菌块的接种量接种 , 3 0 c C 静止培养 每隔 5 d 从固态发酵基质 中取样 , 过滤澄清 , 定容后进行酶活 力测定, 将剩余固态基质 1 0 5 c C 烘干至恒重, 测定木 质纤维素含量 1 3 大规模堆积培养模拟 称 取 粗粉 碎 后 的秸 秆 粉2 0 0 g , 用蒸 汽 灭 菌 1 5 mi n后 , 放入 3 0 0 0 I 1 1 L 大三角瓶 中, 冷却至常温 后 , 接入 5 0 mL用土豆汁前培养的菌种悬液 搅拌均 匀后放入培养箱 中, 以堆积状态 ( 厚度 3 0 c m) 进行 培养 堆积放置过程 中, 为防止秸秆因发酵生热 、温 度 升高 , 定 时通入 无 菌 的冷 空气 , 控 制 温度 2 7 3 2 c C 1 4测定方法 1 4 1 酶活 力测定 木质素过氧化物酶活力测定方法参照文献【 5 】 进 行, 以每分钟形成 1 m 0 l的藜芦醛所需的酶量为一 个酶活力单位 锰过氧化物酶与漆酶活力测定按照 G a l l i a n o的测定方法【 6 进行 , 一个酶活单位定义为在 2 5 c C 下每分钟使 1 m0 l 的底物转化所需的酶量 1 4 , 2 木质纤维素含量的测定 采用 7 2 硫酸法测定木质素含量; 硝酸 一乙醇法 测 定 纤 维 素 含 量 ; 蒽 酮 比色 法 测 定 半 纤 维 素 含 量【 9 】 木质纤维素的相对降解率及降解选择性的计算 见文献 7 】 相对降解率=( A B) x 1 0 0 降解选择性=a C 式中: A 为纤维素( 半纤维素或木质素 ) 的降解总量 ; B 为原样品 中纤维素 ( 半纤维素或木质素 ) 的 总量 : a为纤维素 ( 半纤维素或木质素 ) 的降解率 ; C 为综纤维素的降解率 2 5 2 1 单一菌株 固态培养降解木质素过程分析 实验采用产 L i P和 Mn P的黄孢原毛平革菌和产 漆酶的杂色云芝两种菌株 , 对秸秆分别进行固态发酵 处理, 在培养的 3 2 d过程中, 木质素降解酶类产生情 况及木质素降解情况如图 1 、 图 2所示 培养 日 寸 1 司 d 一木质素过氧化物酶 活力 一综纤维素降解率 一 锰 过氧化物酶活力 一木质素降解率 图 1 黄孢原毛平革菌对秸杆木质素的降解 Fi g 1 De gr e d at i o n onl i g ni n o f s t r a w byP c hr ys o s po r i u m 由图 1可以看出:黄孢原毛平革菌具有很强的 产 L i P和 Mn P的能力 , 在培养至第 1 2 天时酶活达到 最高 , 之后活力开始降低 伴随着酶活的升高木质素 与综纤维素的降解率开始迅速增大 在酶活力下降之 后 , 降解率还保持平缓的升高趋势, 在第 3 0 天左右 降解率基本保持不变, 此时木质素降解率为 3 6 0 5 , 综纤维素降解率为 1 6 0 4 昌 蠼 髓 3 5 3 O 25 2 0 1 5 萎 1 0 【 J 4 l 2 1 6 2 0 24 Z j 2 培养时 日 , d +漆 酶话力 木质素降解率 o 一综 纤维素降解率 图 2 杂 色云芝对秸秆木质素的降解 Fi g 2 De g r a d a t i o n o n l i g n i n o f s f t r a w b y Co r i o l u s v e r s i c o l o r 由图 2可以看出: 杂色云芝具有很强的产漆酶能 力, 在培养至第1 6 天时酶活达到最高, 随后酶活慢慢 下降 木质素降解率与综纤维素降解率逐渐增大 , 最 终达到木质素降解率为 3 1 6 7 , 综纤维素降解率为 1 2 1 0 与黄孢原 毛平革菌相比, 二者降解木质纤维 素的条件与效率不尽相同 杂色云芝对于木质素的降 维普资讯 2 6 解率低于黄孢原毛平革菌, 并且对纤维素与半纤维素 的降解率也均低于黄孢原毛平革菌 , 但对于木质素的 降解选择性要 高于黄孢 原毛平革菌 , 分别为3 6 和 3 0 9 2 2 双菌株联合降解秸秆木质素研究 以 2 1中的研究结果表明, 黄孢原毛平革菌和杂 色云芝均能有效的降解木质素, 但降解的效果不同, 降解率与木质素降解选择性较低 为了提高木质素的 降解率, 使两个菌株之间彼此弥补不足, 发挥各自优 势, 达到降解酶系完全, 将两菌株联合起来进行固态 培养降解 将两种菌分别以接种孢子悬液和接种菌块的方 法同时进行接种, 将菌种接人秸秆固态培养基中, 3 0 下静止培养 , 定时取样测定酶活及木质纤维素等指 标 , 结果如图 3所示 培 养 时 I司 , d 一木质 素过氧化物 酶活力一锰过 氧化物酶 活力 - 一漆酶活力 一综纤维素降解率 一木质素降解率 图 3 两菌联合发酵对木质素的降解 F i g 3 De g r a d a tio n o n l i g n i n o f s t r a w b y t wo s t r a i n s c o f e r ment at i on 天津科技大学学报第2 2 卷 第4 期 从图 3可以看出, 在双菌株联合降解试验中, 培 养过程中有漆酶产生 , 但活力没有杂色云芝单独发酵 所产酶活力高 L i P 和 Mn P 的活力均高于单一菌株 所产酶活力 , 但提高幅度不大 木质素降解率有明显 的提高, 达到 4 7 6 4 对纤维素和半纤维素的降解率 介于两菌株单独处理的降解率之间, 没有显著的变 化 对木质素的降解选择性明显高于单一菌株处理效 果 , 达到 4 7 4 以上结果说 明, 双菌联合培养的降解 效果要优于单一菌株固态培养的降解效果, 是一种可 行 的生物预处理方法 2 3 大规模堆积培养模拟实验降解秸秆木质素 由前面的实验结果可以看到 , 采用 固态培养的方 式可以有效的对木质素进行降解 , 但白腐菌生长缓 慢 , 扩大培养较 困难 , 使得生产过程难 以工业化 大 规模进行 白腐菌处理时, 为了减少杂菌的污染而进行 灭菌成为关键 实验采用将蒸汽在木屑上喷射 1 5 S 进 行表面灭菌 故采取蒸汽灭菌的方法 , 通过模拟工厂 大规模堆积培养的实验条件 , 采取黄孢原毛平革菌和 杂色云芝联合培养的方式 , 对秸秆进行生物降解 , 培 养时间为 3 0 d 由表 l可知, 木素降解率、 纤维素降解率和半纤 维素降解率都随着培养时间的增加而逐渐升高 , 尤其 在 1 5 2 0 d内, 增幅显著 , 但脱木素选择性随着时间 的变化不大 到第 3 0天时, 木素降解率为 3 2 5 4 , 脱 木素选择性为 2 5 8 , 表明能起到 良好 的降解木质素的 作用 与前述摇瓶固态培养相比, 虽然降解率与脱木 素选择性均低于摇瓶条件 , 可能是由于缺少了固态培 养基 中加入的碳氮源 , 培养条件不如摇瓶发酵 表 1 堆积培养后秸秆的木质 纤维素 降解率 T a b 1 De g r a d a t i o n of l i g n i n wi t h c u mu l a t e i n c u b a t i o n 处理时间 d 木素含量 纤维素含量 半纤维素含量 木素降解率 纤维素降解率 0 1 5 1 7 4 0 8 3 3 0 _ 8l 1 5 1 2 1 6 3 8 4 9 2 7 _ 8 3 1 9_ 8 5 57 2 96 8 26 8 2 0 1 1 1 8 3 74 2 2 7 07 2 6_ 3 1 83 6 1 2 1 6 26 3 2 5 1 0 49 3 685 2 6 5 3 3 08 2 97 4 1 3 8 7 26 9 3 0 l 0 2 3 3 649 2 6 1 1 3 2 5 4 1 061 1 5 2 6 25 8 3 结语 通过黄孢原毛平革菌和杂色云芝对秸秆 固态培 养 3 0 d发现, 黄孢原毛平革菌的木质素降解率达到 3 6 0 5 , 脱木素选择性为 3 0 9 ; 杂色云芝的木质素降 解率为 3 1 6 7 , 低于黄孢原毛平革菌, 但脱木素选择 性略高 , 为 3 6 采取双菌联合固态培养的方法使木 质素降解率有了显著的提高, 达到 4 7 6 4 , 对木质素 的降解选 择性 明显 高 于单一 菌种处 理效果 , 达 到 4 7 4 采 用 模 拟 大 规 模 白腐 菌堆 积 培养 ( 厚 度 3 0 c m) 的方法降解秸秆木质素, 培养 3 0 d , 木质素降 解率为 3 2 5 4 , 脱木素选择性为 2 5 8 ( 下转第 5 l页 ) 8 6 4 2 O 8 6 4 2 D 。 一 _r 翟 n、 雌鞋 维普资讯 2 0 0 7 年 2 月 朱征,等:汽车涡轮增压器中心架铸造工艺的优化 出现缩孔缺陷处恰好处于中心架铸件顶部 若采用 冒 口封顶 , 铸件内部存在压差 , 在 中心架铸件顶部结构 液态合金容易流失 由于冒口颈很薄, 当其通道内没 有金属液流动时 , 会很 快凝 结 , 使 冒 口失去补缩 作 用 1 J , 最终在这一部位 , 产生缩孔缺陷 若冒口不封 顶 , 在大气压的作用下 , 液态合金流速均匀 , 在凝固过 程中没有压差, 冒口起到很好的补缩作用, 保证铸件 不出现缩孔缺陷 因此, 可以得 出这样 的结论 : 大气压式 冒口形式 是影响缩孔缺陷的主要因素 , 当采用大气压式 冒口、 浇注温度控制在 1 4 1 0 1 3 6 0 o C, 并且浇注流速小于 1 2 m s 时效果最好, 即废品率最低 采用以上改进工艺后 , 从 2 0 0 6年 6月的生产跟 踪情况来看, 每天铸件缩孔缺陷率在整个生产总数的 0 5 9 之内, 大大降低了废品率 , 完全满足生产的要求 , 提高了企业生产效益 3 结论 ( 1 ) 明确了最佳工艺参数 , 即采用大气压式冒口, 51 浇注温度控制在 1 4 1 0 1 3 6 0 c 【 = , 并且浇注流速小于 1 2m s; ( 2 ) 其他产品如有冒口 封顶情况, 可以尝试采用 大气压式 冒口, 一方面可以改善补缩效果 , 另一方面 也可以节约铁水, 提高经济效益 参考文献: 蒋智慧,韩振中 铸铁件常见铸造缺陷的防止方法 J 】 现代铸铁, 2 0 0 5( 6 ) :5 9 _ 3 陈金水, 蔡慧民, 孙永芳, 等 铸造缺陷的故障树分析法 J 】 天津大学学报, 1 9 9 8 , 3 1( 4 ) :5 2 6 5 3 2 胡云昌,陈金水, 顾成中系统失效树定量分析的新方 法 J 】 天津大学学报 , 1 9 8 9( 4 ) :4 5 5 6 陈金水,阎详安、液压件铸件缺陷的失效树分析【 J 】 天 津大学学报 , 1 9 9 3( 3) :1 1 2 1 1 9 范宏训 , 赖华清 铸铁件缺陷分析及对策【 J 】 机械工人 热加工, 2 0 0 3( 6) :7 O 一7 1 美国铸造师协会 铸件缺陷分析 M】 北京:机械工业 出版社, 1 9 8 1 叶荣茂,吴维冈,高景艳 铸造工艺课程设计手册【 M】 哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社, 1 9 9 5 ( 上接 第 2 6页 ) 参考文献 : 1 高培基, 许平 资源环境微生物技术【 M】 北京: 化学 工业 出版社 , 2 0 0 4 2 杭志喜 植物纤维原料纤维素酶水解的研究【 J 】 化学世 界 。 2 0 0 5( 4 ) :8 O 一 8 4 3 Da lj i t S i n g h Ar o r a , Mu k e s h C h a n d e r , P a r a mj i t Ka u r G i l 1 I nv ol ve me nt of l i g ni n pe r oxi d as e, m a nga ne s e p e r ox i de a s e , an d l a c c a s e i n d e g r a d a t i o n an d s e l e c t i v e l i g n i n o l y s i s o f wh e n s t r a w J 】 Int e rna t i o n a l Bi o d e t e r i o r a t i o n & Bi o d e g r a d a t i 0 n。 2 0 0 2 6 8:1 1 5 1 2 0 4 王宏勋, 杜甫佑 白腐菌选择性降解秸秆木质纤维素研 究f J 】 华中科技大学学报, 2

温馨提示

  • 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
  • 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
  • 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
  • 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
  • 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
  • 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
  • 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。

评论

0/150

提交评论