（制浆造纸工程专业论文）微生物预处理竹子生物化学浆研究.pdf

广西大学硕士习院生毕业论文 微生物预建理竹子生物化掌蒙 微生物预处理竹子生物化学浆研究 摘要 本文对微生物预处理竹子生物化学浆进行研究，主要内容包括三方面： 一是对不同菌种预处理竹片的最佳发酵工艺进行探索，然后找出预处理竹 片效果最好的菌种，优化出最优的接种量和接种比例；二是将生物预处理 前后的竹片进行化学蒸煮，分析其蒸煮性能，浆样的可漂性、返黄性，物 理强度以及黑液的污染程度等方面的变化；三是通过微生物处理前后竹子 和竹浆物理结构和化学结构的研究，对微生物预处理竹片的机理进行了探 讨。主要结论如下： 经过对黑曲霉、米曲霉、解脂假丝酵母、黑曲霉+ 米曲霉、黑曲霉+ 米曲霉+ 解脂假丝酵母五组菌种最佳预处理工艺的探索，确定一个合适的 发酵工艺条件：温度在3 0 。c 左右、p h 值为6 0 左右，每天定时通氧，添加 营养液，培养时间在8 天。然后从黑曲霉、米曲霉、解脂假丝酵母、黑曲 霉+ 米曲霉、黑曲霉+ 解脂假丝酵母、米曲霉+ 解脂假丝酵母、黑曲霉+ 米曲霉十解脂假丝酵母七组菌种( 组合) ，选出最优处理菌种，接着进一步 研究接种量和接种比例的影响。研究结果表明，黑曲霉+ 米曲霉+ 解脂假丝 酵母是最优处理竹子的菌种方式，接种量影响不大，接种比例以2 ：1 ：1 ( 黑曲霉：米曲霉：解脂假丝酵母) 为佳，其最佳发酵工艺为温度3 0 3 5 ，p h 为7 0 ，每天定时通氧，添加营养液，处理时间8 天。 经黑曲霉、米曲霉和解脂假丝酵母协同处理后的竹子，进行硫酸盐法 f - 西大掌司e 士研究生毕业论文 岱敲生物授处理竹子生物化掌蒙 蒸煮，分析其蒸煮性能，浆样的可漂性、返黄性，物理强度以及黑液的污 染程度等方面的变化。研究结果如下：在卡伯值相同时，经过黑曲霉、米 曲霉和解脂假丝酵母协同处理后，竹子进行硫酸盐法蒸煮可节省用碱量 1 2 9 ，在用碱量相同时，竹子生物硫酸盐浆的卡伯值比对照浆低2 2 7 ， 在得率相同时，竹子生物k p 浆的卡伯值比对照浆低1 3 8 ，在相同的卡伯 值下，竹子生物k p 浆的得率比对照浆要高7 6 ；经微生物处理后浆料自度 要稍低于对照浆，但是，从探讨其可漂性能和返黄性能角度出发，经过次 氯酸盐单段漂后，生物处理后的竹子化学浆可漂性比对照浆的要高，并且 其返黄性明显低于对照浆；经微生物协同作用后，浆纸的耐破指数比对照 样最大可提高6 7 3 ，浆纸的抗张指数比对照样最大可提高4 4 7 5 ，浆纸 的撕裂指数比对照样最大可提高1 0 5 1 ，大大地改善了浆纸的物理性能； 竹子生物硫酸盐化学浆由于经过生物预处理，黑液中固形物含量最大可降 低3 2 5 3 ，c o d 值最大可降低5 5 4 8 ，很大程度上改善黑液对环境的污染 情况。 利用红外光谱、扫描电镜和透射电镜等方法，对黑曲霉、米曲霉和解 脂假丝酵母协同处理竹子机理进行了研究。红外光谱检测的结果表明：生 物处理后竹浆的白度比对照浆要低，可能是因为生物预处理产生了一些发 色基团。但是，其可漂性和返黄性均略好于对照浆，可能是因为生物处理 后的竹浆的淀粉、蛋白质和脂类物质已经完全降解，使发色基团更不易产 生同时易于去除，与此同时，木素、纤维素及它们的降解物等成分的结构 更稳定，不易在光照和加热的情况下，发生氧化反应生成暗色物而导致纸 浆返黄。扫描电镜和透射电镜检测的结果表明：黑曲霉，米曲霉和解脂假 ，西大掌硕士研究生毕业论文做生物预赴理竹子生物化掌蒙 丝酵母协同处理在竹子上生长时，菌丝不仅沿着疏松的纤维束空隙繁衍， 而且还通过纹孔蔓延进入细胞腔，同时分泌出胞外酶开始降解细胞腔和细 胞壁上的淀粉、蛋白质、脂类物质等物质。结果是使得复合胞问层和细胞 角隅的部分成分逐步降解，细胞壁有所变薄，原料的结构变疏松；同时， 竹子生物硫酸盐化学浆的纤维更松散、更柔软，微细纤维暴露较多，从而 有助于形成纸页时纤维之间的交织和结合，从而该善浆纸的物理性能。 关键词：黑曲霉米曲霉解脂假丝酵母竹子生物制浆硫酸盐化学 浆 广西大掌硕士研蓦；生毕业论文 微生物预处理竹子生物化掌篆 t h es t u d y0 nb i o - c h e m i c a lb a m b o op u l p i n gb y t h ebl0 一p r e t r e t m e n t a b s t r a c t t h i sp a p e rw a st os t u d yb i o c h e m i c a lb a m b o op u l p ，m a i n l yi n c l u d i n gt h r e e a s p e c t s ：f i r s t l y ，i t ss t u d yt h eo p t i m a lt r e a t i n gc o n d i t i o n so ft h ed i f f e r e n t m i c r o b e so nb a m b o o ，t h e nf i n dt h em o s to p t i m a lm i c r o b et ot r e a tb a m b o o ，a n dm a k e af u r t h e rs t u d yo nt h ev o l u m ea n dp r o p o r t i o no ft h i sm i c r o b e ；s e c o n d l y ，a f t e r t h ep r e t r e a t m e n to ft h em i c r o b e ，b a m b o ow a su s e df o rs u l f a t ep u l p i n ga n di t s m a i n l ys t u d i e da b o u tt h ep u l p i n ga b i l i t yo fb a m b o o 、t h eb l e a c h a b i l i t yo ft h e p u l p 、t h e y e l l o w i n ga b i l i t yo ft h ep u l p 、t h ep h y s i c a lq u a l i t i e so ft h ep u l pa n d t h ep o l l u t i o no ft h ee f f l u e n t s ；a tl a s t ，i t ss t u d i e do nt h ep r i n c i p l ea b o u t t h ep r e t r e a t m e n to ft h em i c r o b eo nb a m b o o t h ec o n c l u s i o n sa r ea sf o l l o w ： i t sm a i n l ys t u d i e dt h eo p t i m a lt r e a t i n gc o n d i t i o n so fa s p e r g i l l u sn i g e r 、 d s p e r g i l l u so r y z a e 、c a n d i d am p o l y t i c a 、d s p e r g i l l u sn i g e r + d s p e r g i l l u so r y z a e 、 d s p e r g i l l u sn i g e r + d s p e r g i l l u so r y z a e + c 却d i d a i p o l y t l c a , a n df i n dar i g h t t r e a t i n gc o n d i t i o n ：t = 3 0 、p h = 6 0 、t i m e l yo x y g e n 、a d d i n gn u t r i m e n ta n d8d a y s o ft r e a t m e n tt i m e t h e no nt h i sb a s i c ，t h es e v e ne x p e r i m e n t so fd s p e r g i l l u s n i g e r 、a s p e r g i u so r y z a e 、c a n d i d al i p o l y t i c a 、d s p e r g i l l u sn i g e r + a s p e r g i l u s o r y z a e 、a s p e r g i l l u sn i g e r + c a n d i d al i p o l y t i c a 、a s p e r g i l l u so r y z a e + c a n d i d a i p o l y t i c a 、d s p e r g i l l u sn i g e r + a s p e r g i l l u so r y z a e + c a n d i d am p o l ，r t i c aw o u l d b ei nt h ep r o c e s sa tt h es a m et i m ei no r d e rt of i n dt h eo p t i m a lm i c r o b et ot r e a t b a m b o o f i n a l l yt h ev o l u m ea n dp r o p o r t i o no ft h em i c r o b ew o u l db es t u d i e d t h e r e s u l t ss h o w e dt h a ti t st h eb e s to fd s p e r g i l u sn i g e r + a s p e r g i l l u so r y z a e q - c 鲫d i d a 印o l y t i c a ( 2 ：l ；1 ) f o rt h er e s e a r c h ，t h ev o l u m ew a s h ti m p o r t a n t a n dt h eo p t i m a lt r e a t i n gc o n d i t i o ni n c l u d e dt = 3 5 、p h = 7 0 、t i m e l yo x y g e n 、 广西大学硪士研究生毕业论文散生物预处理竹子生物化掌浆 a d d i n gn u t r i m e n ta n d8d a y so ft r e a t m e n tt i m e a f t e rt h ep r e t r e a t m e n to fa s p e r g i l l u sn i g e r + a s p e r g i l l u so r y z a e + c a n d i d a l i p o l y t i c a , b a m b o ow a su s e df o rs u l f a t ep u l p i n g i t sm a i n l ys t u d i e da b o u tt h e p u l p i n ga b i l i t yo fb a m b o o ，t h eb l e a c h a b i l i t yo ft h ep u l p ，t h ey e l l o w i n ga b i l i t y o ft h ep u l p ，t h ep h y s i c a lq u a l i t i e so ft h ep u l pa n dt h ep o l l u t i o no ft h ee f f l u e n t s t h er e s u l tw a sa sf o l l o w ：a sh a v i n gt h es a m ek a p p an u m b e r ，t h ep u l p i n gc h e m i c a l w i t hb i o t r e a t m e n tc a db ed e c r e a s e db y1 2 9 ，a n da sh a v i n gt h es a m ey i e l d ，t h e k a p p an u m b e ro ft h ep u l pw i t hb i o t r e a t m e n td e c r e a s e db y1 3 8 c o m p a r e dw i t h t h eb a m b o op u l pw i t h o u tb i n p r e t r e a t m e n t ：t h eb r i g h t n e s so fb i o c h e m i c a lp u l p w a sl o w e rt h a nt h ec h e m i c a lp u l p b u tf r o mt h eo t h e rp o i n to fv i e w ，t h e b l e a c h a b i l i t y o ft h eb i o c h e m i c a l p u l p w a s i m p r o v e d a n di t s y e l l o w i n g 。a b i l i t yc u td o w n ：t h eb i o 。c h e m i c a lp u l pc o u l du p g r a d et h ep h y s i c a l c h a r a c t e r i s t i e ss u c ha sb u r s t 、t e a ra n dt e n s i l ei n d e x e so fp u l pr e s p e c t i v e l y b y6 3 7 、4 4 7 5 、1 0 5 1 a n dd e c r e a s et h ep o l l u t i o nl o a di ne f f l u e n t s ，s u c ha s t h es o l i dc o n t e n ta n dc o dr e s p e c t i v e l yb y3 2 5 3 a n d5 5 4 8 i t ss t u d i e db yt h em e a n so ff f i r 、s e ma n dt e mo nt h ep r i n c i p l ea b o u tt h e p r e t r e a t m e n to fd s p e r g i l l u sn i g e r d s p e r g i l l u so r y z a ea n dc a n d i d aii p o y t i c a f t i rs p e c t r aa n a l y s i ss h o w e dt h a tw i t ht h ep r e t r e a t m e n to fa s p e r g i l l u sn i g e r 、 a s p e r g i l l u so r y z a ea n dc a n d i d a1 i p o l y t d c a , t h ea b s o r p t i o ni n t e n s i t ya s s i g n e d t ot h ea r o m a t i cr i n ga n do c c u r r i n gc o l o u r c o m p o u n d sv i b r a t i o ng r a d u a l l y d e c r e a s e d ，e v e nv a n i s h ，w h i c hi m p r o v e dt h eb l e a c h a b i l i t ya n dy e l l o w i n g a b i l i t y o f p u l p o nt h eo t h e rh a n d s e m a n dt e mo b s e r v e df i b e rs u r f a c eo f b i o p r e t r e a t m e n tp u l p t h er e s u l ts h o w e df i b e rs u r f a c eh a dm o r es m a l lo p e n i n g ， w h i c hi m p r o v e dt h ee f f i c i e n c yo ft h ep u l p i n gc h e m i c a la n du p g r a d e dt h ep h y s i c a l c h a r a c t e r i s t i c ss u c ha sb u r s t 、t e a ra n dt e n s i l ei n d e x e so fp u l p k e yw o r d s ：a s p e r g i l l u sn i g e r ；a s p e r g i l l u so r y z a e ；c a n d i d al i p o l y t i c a ；b 锄b o o b i o - p u l p i n g ：s u l f a t ec h e m i c a lp u l p 广西大学硕士研璺；生毕业论文微生物蓣处理竹子生物化掌蒙研究 第一章文献综述 1 1引言 随着新闻、出版、包装事业的迅速发展，我国已成为纸张的生产、消费大国，木浆 的生产能力和市场的需求之间矛盾日益突出，国内纸浆生产能力远远不能满足日益增长 的市场需求，造成进口量迅速增加。对于造纸业来说，木质纤维无论从性能还是工艺 上都远高于禾草质纤维。然而，我国是一个少林国家，森林资源覆盖率比世界低1 0 4 5 ，人均森林面积和人均森林蓄积量分别只占世界人均水平的2 1 3 和1 2 6 。随着 西部大开发的进行，以退耕还林为主的生态保护措施势在必行。自1 9 9 8 年开始实施天 然林保护工程以来，国内木材的采伐日益受到限制，从木材消耗总量分析，1 9 9 3 年到 2 0 0 3 年，国产材年均递减1 1 ，而3 6 的商品木材消费年均增长是靠1 4 7 的进口增幅 “硬顶”上去的阻1 。2 0 0 2 年4 月召开的“竹浆产业发展规划”研讨会上，竹子制浆造 纸得到了国内外制浆造纸界专家的充分肯定。与会的学界、商界、产业界、金融界知名 人士，提出了“竹浆造纸”的成熟计划：发展竹浆造纸可调整我国纸业原料结构，弥补 目前中高档纸浆的空缺。专家们呼吁，调整我国纸业原料结构已迫在眉睫，大力发展竹 浆，以弥补我国目前中高档纸浆的巨大缺口( 3 】。 1 2 竹子在制浆造纸中的应用及发展前景 竹材纤维细长，是优良的造纸原料，能生产各种书写纸及胶板纸、绘图纸、打字纸 和包装纸等。一般来说，每0 3 3h m 2 纸浆竹林可提供一吨纸浆。竹浆生产成本低，比 木浆具有价格优势。竹子生长周期短( 一年成活、两年成林) 、易植，收购价低，成本优 势相当明显n ，。 “以竹代木”，推进竹浆产业化，可有效利用我国中西部地区的丰富资源，使西部大 开发有了切实的产业依托邙1 。我国中西部地区：云、贵、川、渝、桂、闽、湘、赣等省 有得天独厚的竹子资源，其竹林面积约占全国的4 0 。在这些地区建立竹子原料基地， 以产业链为依托，既解决了农民退耕之后真正能“退下来，稳得住”，又能推动地方经济 发展，增加农民收入。林区的丛生竹，具有适应种植范围广、易栽培、成活率高、轮伐 广西大掌q 陆司f 究生毕业论文 做生物藏处理竹子生物化掌蒙研究 期短的特点邸3 。选用竹材造纸，改变造纸用材结构，是对资源的合理利用，也可能是为 竹资源提供的最大规模的使用新途径。因此，在我国中西部地区，“林纸结合”尤其是“竹 纸结合”，实现竹浆产业化，不仅可以推动我国造纸工业的可持续发展，而且有利于保护 自然资源和改善生态环境n 】。 在我国，竹子用于制浆造纸的历史非常悠久，可追朔至晋朝，葛洪抱朴子：“逍遥 竹素，寄情元毫”中的“竹素”即竹纸。日本学者通过现存于日本的中国梁代写经纸的 研究断定，中国在南朝的宋、齐、梁时代，已把竹子作为造纸的主要原料之一”1 。经过多 年来的生产实践表明，竹浆可替代相当部分木浆，生产各种中高档的纸制品。目前，竹 子制浆生产工艺成熟可靠，且大部分技术已逐渐成熟，能有效解决原制浆工艺中竹浆白 度、纤维强度较差等技术难题，同时污染物的排放也可达到国家控制标准。竹浆可单独 或与木浆、草浆合理配比，生产出质优价廉文化用纸、生活用纸和包装用纸9 - 1 2 o 竹类原料的纤维素含量一般为5 0 - - 6 0 ，介于针叶材和阔叶材之间，较芦苇、芒杆、 稻麦革类原料高1 0 一1 5 。其木质素含量一般为1 9 2 5 ，少数在2 5 以上，比较接近 阔叶材，略低于针叶材，而高于草类原料。竹类的多戊糖含量一般为1 9 2 4 ，少数高 达2 7 - - 2 8 ，接近阔叶材和草类原料，比针叶材( 1 2 左右) 高一倍左右。竹类的i n a o h 抽出物一般2 5 3 0 ，少数高达3 0 ，较之木材，要高一倍左右，但都低于一般草类原 料。竹类原料的灰份含量，一般为1 - - 2 ，较木材高三倍左右，但比草类原料低，仅 为稻草灰份量的l o 一1 4 。竹材灰份主要集中在皮部和节部。据介绍，节部灰份为2 0 9 ， 皮部含量高达2 7 6 4 ，其灰分中s i 0 2 含量占9 7 7 。良好的造纸用纤维原料要求纤维 素高、木质素少、灰分和抽出物含量少；纤维长、长宽比大，纤维分布致密。而竹材的 纤维细胞约占细胞总横切面积的6 0 7 0 ，稍低于木材而高于一般草类“”。 优良纸浆竹种有2 1 种：花皮竹、水单竹、大琴丝、料慈竹、金丝慈竹、水黄竹、花 吊丝竹、壮绿竹、桂单竹、油竹、毛勒竹、藤竹、挂绿竹、粉单竹、苗竹仔、慈竹、鱼 肚脯、青皮竹、硬头黄竹、黔竹、撑绿8 号。较优良纸浆竹种：越南巨竹、矮梨竹、小 佛肚竹、小泰竹、巨龙竹、大绿竹、黎庵高竹、兴安黄竹、撑绿3 号、撑绿6 号、浙江 淡竹、秋竹“+ “】。 现在我国已有多家竹浆厂的生产规模达5 万t a ，如四川雅安、广东广宁、福建 邵武、四川宜宾、江西抚州等竹浆厂i t - i t 。据统计，目前全国竹林面积约4 2 0 多万h m 2 ( 占世界总面积的2 5 ) ，全国竹材年砍伐量约9 0 0 万t ，适于制浆的竹种，如慈竹、 毛竹等在中国四川、江西、浙江等省的分布均十分广泛。因此，发展竹浆产业有着非常 2 广西大攀硕士研蓦：生毕业论文 微生物预处理竹子生物化掌浆研究 广阔的市场前景n 3 。 1 3 生物技术在制浆造纸过程中的应用 现代造纸工业，由于不断汲取和运用了化学、物理、机械及电子科学技术方面的新 成就，取得了生产技术方面的重要进展。但是，现代造纸工业对于生物资源( 植物纤维 原料) 、能源、水资源的巨大消耗，对自然环境的污染，在当今人类面临日益严重的资 源、能源与环境危机的时代，造纸工业如何保证自身发展所必需的可靠生物资源供应， 如何降低能源消耗并防止环境污染不能不呼唤技术上的突破“”。 新兴的生物技术主要包括基因工程、生物工程、发酵工程和酶工程。利用生物技术 可以通过生物遗传基因的重组，开发出新的优良品种和新的物种：通过生物代谢作用，生 产出许多有用的新的化学品，通过酶促进作用，大大改善许多现有生产工艺条件和效率 o ”。近几年来生物技术在一些科技和生产领域中突飞猛进的发展，激发了生物技术在木 材制浆工业中的研究和应用，而木材制浆工业也迫切期望能降低纤维原料和化学药品的 消耗量，提高纸浆得率，改进产品质量，节约能耗以及减轻或消除对环境的污染，需要经 济效益好的新的原料品种。当前生物技术在木材制浆工业中的应用主要有以下几个方 面：生物改良树种，生物制浆( 生物一机械浆，生物一化学浆等) ，生物漂白纸浆，废 纸浆料生物脱墨和制浆造纸污染物质的生物降解等伽。 生物改良树种就是利用基因工程( 实质上是分子水平上的杂交) ，可以不受一般杂 交所受到的不同物种亲缘远近条件制约，它能将近缘或远缘植物的不同基因，根据需要， 通过对基因的切割重组，较快地取得人们所希望得到的新遗传基因，从而培育出符合人 们期望、具有较佳的制浆造纸性状的新树种啪1 。在这方面，生物技术的基因工程与生物 工程可以提供重要的发展前景，它比以往采用的诱导突变育种方法、杂交育种方法优越 得多。 生物制浆是应用自腐菌处理木片后进行化学或机械制浆的过程，生物制浆已进入工 业化生产阶段，微生物分离一些纤维原料特别是韧皮纤维原料进行直接的生物化学浆已 有非常成功的例子。“。大部分关于生物制浆的研究工作集中在应用白腐菌作为机械浆生 产的一个预处理阶段，在这方面的研究报道较多：在欧洲，生物制浆的研究自2 0 世纪 7 0 年代后期寂静了很长一段时间，但在美国和日本恤“，这方面的研究一直在进行。1 9 8 7 年，美国成立了威斯康星大学生物技术研究中心和国家林产研究所发起成立生物制浆协 广西大苦颂士研究生毕业论文 微生物预处理竹子生物化学蒙研蓦妨 会，有许多造纸工厂参加了该协会，协会组织了一批科学家对生物制浆的许多方面进行 了研究，他们筛选了2 种适合生物制浆的白腐菌株，一株是p h a n e r o c h a e t e c h r y s o s p o r j u m , 适合阔叶木制浆；另一株是c e r i p o r i o p s i ss u b v e r m i s p o r a ，适合针叶 木和阏叶木制浆：通过研究，他们指出了能预测纸浆特性和节省能量韵数学模型及其提 高技术水平的工艺途径；他们还设计了各种反应器包括旋转膜、静止杯、静态床式培养 生物反应器等，反应器的木片容量有3 - 5 k g 。2 0 世纪9 0 年代以来，生物制浆的研究再 度成为制浆造纸的个热点领域翻删。 生物漂白就是利用微生物或其产生的酶与纸浆中的某些成分作用，形成脱木素或有 利于脱木素的状况，并改善纸浆的可漂性或提高纸浆白度的过程。“。纸浆生物漂白用酶， 主要有两类：半纤维素酶( h e m i c e l l u l a s e ) 和木素降解酶( l i g n i n a s e ) 。半纤维素酶 包括聚木糖酶( x y l a n a s e ) 和聚甘露糖酶( m a n n a n a s e ) ：木素降解酶主要有木素过氧化 物酶( m a n g a n e s ep e r o x i d a s e ) 和漆酶( l a c c a s e ) 。也有直接用白腐菌( w h i t e r o tf u n g u s ) 漂白纸浆的啪1 。生物漂白的目的，主要是节省化学漂剂，改善纸浆的性能以及减少漂白 污染。 废纸的酶法脱墨是近年来废纸脱墨的研究热点。酶法脱墨就是利用酶处理废纸，并 辅以浮选和或隙地，从而除去油墨的工艺技术。其主要使用纤维素酶( c e l l u l a s e ) 和半纤维素酶( h e m i c e l l u l a s e ) 。酶法脱墨至少在1 7 年前就开始了，日本的2 项专利 先后于1 9 8 4 年和1 9 8 8 年公布。1 9 9 1 年e o m 等将纤维素酶用于废新闻纸的脱墨。此后 几年中，酶法脱墨的研究主要集中在废新闻纸的脱墨。成立于1 9 9 4 年的美国 e d t ( e n z y m a t i cd e i n k i n gt e c h n o l o g i e s ) 公司已将酶法脱墨工业化，用于美国、欧洲和 亚洲的制浆造纸厂。目前，酶法脱墨是最有希望和活力的应用于制浆造纸的生物技术之 一o 制浆造纸废水生物处理方法从本质上是利用自然环境中存在的好氧微生物和厌氧 微生物，将其从特定环境中筛选出来，用于废水的处理过程。制浆造纸污染物主要是有 机物，是木质纤维的氧化降解产物，这些有机物具有作为微生物碳源、氮源和能源利用 的潜在特性。“。利用微生物降解和转化有机物的能力，人为地创造适于微生物生存、 繁殖的条件和环境，使特定种类的微生物大量繁殖，提高其降解和转化有机物的效率， 从而达到适应处理大容量制浆造纸废水的能力，是生物技术处理废水的主要内容啪。 生物技术是面向应用的综合学科和交叉学科。现代制浆造纸工业的发展及其出现的 一系列问题，使其与生物技术特别是微生物工程的联系日趋紧密。近十年来，人们对生物 广西大掣口页士研究生毕业论文 怕教生物预处理竹子生物化掌菜研究 技术在制浆造纸工业中的应用进行了大量的研究，其研究内容几乎涉及了制浆造纸工业 的各个方面。在这些研究中，有的尚处于实验室研究阶段，有的则进行了中间或工厂规模 的实验，有的已在现代化大生产中获得了应用。毫无疑问，随着可持续发展战略的实旌和 对环境生态方面更高的要求，生物技术的应用必将为制浆造纸工业的发展发挥巨大的推 动作用。 1 4 论文选题的研究目的和意义 我国是世界竹子中心产区之一，采用竹子制浆造纸历史悠久，但长期以来传统的竹 子制浆存在着很多弊端，如不仅能量消耗大，水资源消耗大，化学药品的消耗高，竹浆 的强度较差，白度较低，且易于返黄，而且对于环境污染极为严重。因此，如何开发低 能耗、高品质、少污染的竹子制浆漂白技术，这些都是摆在我们面前急需解决的重要战 略问题。 本研究的目的是从降解竹子抽出物等成分( 主要包括粗脂肪、淀粉和蛋白质) 的角 度出发，摸索出预处理竹子的最佳菌种，以及最佳菌种的最适发酵工艺( 主要包括发酵 温度、p h 值、通氧方式、处理时间和培养方式等条件) ，然后进行硫酸盐化学蒸煮，研 究竹浆的得率、卡伯值、可漂性、返黄性、物理强度指标和黑液成分的变化情况，为进 一步开拓生物技术在造纸行业的应用提供依据。另外，长期以来竹浆存在着不易漂白， 容易返黄等缺点，造成这种现象的原因一直未被深入探索，本实验尝试从降解抽出物等 成分的新角度，探索竹浆难漂白、易返黄的原因，为深入探索竹浆漂白和返黄机理提供 依据。此外，通过对微生物预处理前后的竹子及其化学浆的微观研究，解释生物处理前 后竹子( 浆) 发生的物理和化学变化的原因，为今后我国真正实现非木材原料的生物制 浆大规模工业化生产提供理论依据。 广西大等h 孤士研究生毕姐融：赶做生物预她理竹子生物化掌浆研究 第二章菌种优选实验发酵工艺的确定 竹材是一种多年生天然植物的主干，其化学成分比较复杂。大量研究表明：纤维素， 半纤维索和木质素是形成竹材细胞壁的主要成分，直接参与竹材材质的形成；油脂、蛋 白质、淀粉、色素、果胶、糖分、单宁和无机物等成分也部分沉积在细胞壁内，但主要 存在于细胞腔内，其中以粗脂肪、淀粉和蛋白质这三个成分含量最高“。 生物化学浆是将微生物降解和化学制浆结合起来，利用微生物降解原料组分，然后 蒸煮，获得纸浆，通过这个过程可节省化学药品，对纸浆纤维也有一定的改变，以及减 少环境污染“”。长期以来，竹浆存在难漂白、易返黄等缺点，并且造成这种现象的原 因一直未被深入探索，因此，本实验针对竹子中的抽出物等成分( 主要是粗脂肪、淀粉 和蛋白质) ，利用微生物降解它们”，尝试探索竹浆难漂白、易返黄的原因，为今后深 入探索竹浆漂白和返黄机理提供依据。 2 1 实验材料与方法 2 1 1 实验材料 2 i 1 1 粉丹竹 直接从广西南宁高峰林场购买的新鲜竹子。 2 1 1 2 菌种 黑曲霉u v 一4 8 、米曲霉a s 3 0 4 2 、解脂假丝酵母a s 2 1 3 8 3 ，均于浙江微生物研究所 购买，安瓿瓶装的孢子，4 保存。 2 1 1 2 1 黑曲霉们s p e r g i i u sn i g e r ) 菌号：u v 一4 8 6 广西大学硕士研究生毕业论文微生物预趣理竹子生物喇掉蒙研究， o 3 5 0 3 o 2 5 0 2 0 1 5 0 1 0 0 5 o 02 0 4 0 6 08 0 t i m e h r 图2 - 1 黑曲霉生长曲线 f i 酡一l t h eg r o w t hc u r v eo fa s p e r g i l l u sn i g e r 对数生长期为4 6 小时，稳定期在6 0 小时左右，真空冷冻安瓿管保存菌接种后，培 养时间要长些，孢子量多，培养时间长。采用马铃薯汁培养基培养，温度在2 5 - 2 8 。c 。 该菌种高产糖化酶，可去除竹片中的淀粉。 保藏时间：2 0 c 室温二个月移接一次，4 左右3 - 4 月移接一次。 2 1 t 2 1 米曲霉( a s p e r g i i u so r y z a e ) 菌号：a s 3 0 4 2 0 2 5 o 2 o 1 5 0 1 o 0 5 0 o2 04 06 0 图2 - 2 米曲霉生长曲线 f i 9 2 2 t h eg r o w t hc u r v eo fa s p e r g i l l u so ，y g a e 对数生长期在2 4 3 0 小时，稳定期在4 8 小时左右，真空冷冻安瓿管保存菌接种后， 培养时间要长些，孢子量多，培养时间长。采用马铃薯汁培养基培养，温度在2 5 2 8 c 。 该菌种产蛋白酶、脂肪酶，可用于去除竹子中的蛋白质及部分脂肪类物质。 保藏时间：2 0 。c 室温二个月移接一次，4 c 左右3 - 4 月移接一次。 广西大学蝎页士司 宅生毕业论文 ( ( 微生物舅f 处理竹子生物州罐# 象研究 2 1 1 2 3 解脂假丝酵母( c a n d i d ai i p o l y t i c a ) 菌号：a s 2 1 3 8 3 0 4 o 3 5 o 3 0 2 5 o 2 o 1 5 0 1 o 0 5 0 o2 0 t i m e h r 4 0 6 0 图2 - 3 解脂假丝酵母生长曲线 f i 薛一3 t h eg r o w t hc u r v eo fc a n d j d al j p o l y t y c a 对数生长期在2 0 3 0 小时，稳定期在4 0 小时左右，液体培养快于固体培养，通气 培养快于静止培养，真空冷冻安瓿管保存菌接种后，培养时间要长。采用马铃薯汁培养 基培养，温度在2 5 2 8 c 。该菌种主要用于工业上脱脂，在此尝试用于去除竹片中粗脂 肪。 保藏时间：2 0 室温二个月移接一次，4 c 左右3 - 4 月移接次。 2 1 1 3 培养基 2 1 1 3 1 马铃薯葡萄糖琼脂培养基( p d a ) 马铃薯去皮，切成块煮沸3 0 m i n ，然后用纱布过滤，再加糖和琼脂，溶化后补足水 到1 0 0 0 m l ，1 2 1 c 灭菌3 0 m i n ，用于培养黑曲霉u v - 4 8 、米曲霉a s 3 0 4 2 和解脂假丝酵母 a s 2 1 3 8 3 的斜面菌种。 2 1 i 3 2 马铃薯葡萄糖液体培养基 马铃薯去皮，切成块煮沸3 0 m i n ，然后用纱布过滤，再加糖，溶化后补足水到 1 0 0 0 m l ，1 2 1 灭菌3 0 m i n ，用于黑曲霉u v - 4 8 、米曲霉a s 3 0 4 2 和解脂假丝酵母a s 2 1 3 8 3 的液体培养。 2 i i 4 营养液： 用于提供菌种所需的碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水，让它们更好地成 长。 广西大掌硕士研究生平业论文 微生物预处理竹子生物化学蒙研究 其具体成分如下：磷酸氢二钾k 2 h p 0 4 ：0 1 9 l , 磷酸二氢钾k h 2 p 0 4 ：1 o g l ；硫 酸镁m g s 0 4 ：0 2 4g l ；氯化钙c a c l 2 ：0 1 9 l ；氯化钠n a c l ：0 0 1g l ；硫酸铁f e s 0 4 ： 0 1 9 l ；七水硫酸锌z n s 0 4 7 h 2 0 ：0 o lg l ；五水硫酸铜c u s 0 4 5 h 2 0 ；水和硫酸锰： m n s 0 4 h 2 0 ；氯化钴c o c l 2 ：0 0 1g l ：维生素b 1 ：0 0 1g l ：葡萄糖：l og l ；酒石 酸铵：lg l 。 2 1 2 实验仪器和设备 植物压榨机f z l 0 2 型微型植物试样粉机4 0 - 8 0 目和1 0 0 2 0 0 目网筛 1 0 1 - 2 型干燥箱k q c 型玻璃仪器气流烘干器8 0 一2 b 台式离心机 2 4 0 0k j e l t e ca n a l y z e ru n i t 全自动凯氏定氮系统 索氏抽提器 u v 一2 5 0 1p c 紫外分光光度计 s w - c j 一2 f 净化工作台h z q q 全温振荡器 i d l s 一3 0 2 0a u t o c l a v e 高压灭菌锅u v 一2 5 0 1p c 紫外分光光度计 p y x 一2 5 0 s c 生化培养箱t w i s th r1 7 0 4 打散机s p x 一2 5 0 一g 光照培养箱 p y x 一2 5 0 h c 恒温恒湿培养箱h h s y 2 1 一n 1 电热恒温水浴锅氧气罐 2 1 3 实验方法 2 i 3 1 竹片备料 微生物预处理要求菌种能够与尽可能多的竹片表面接触，故而在备料时要用植物压 榨机将竹片压裂，同时为了方便接种时无菌培养，必须将竹片的尺寸控制在2 0 3 0 r a m 。 以下为备料的步骤： ( 1 ) 购买竹子：于高峰林场购买新鲜粉丹竹，部分留用的用清水泡住： ( 2 ) 压榨：用斧头打破竹子，在压榨机上压裂至可用手撕开，将压后的竹子撕成条状； ( 3 ) 切片：用切片机将竹条切成长2 0 - 3 0 r a m 的竹片； ( 4 ) 平衡水分：将竹片装于塑料袋中，平衡水分，备用。 2 1 3 2 菌种之间拮抗作用分析 因实验设备所限，对于菌种之间拮抗作用作了个简易的探索实验。将指定的菌种黑 曲霉、米曲霉和解脂假丝酵母，分别接种到培养皿中的固体培养基上( p d a ) ，然后将这 三种菌种，以两两组合的方式，主要有黑曲霉+ 米曲霉、黑曲霉+ 解脂假丝酵母、米曲霉 + 解脂假丝酵母三种方式，分别接种到培养皿中培养，其中接种的这两种菌种要保持一 q i - 西大学司n b 司院生毕业论文 微生物预笼理竹子生物化学浆目f 究 定的距离( 5 c m 左右) 接种到培养皿的中心，最后将这三种菌种一起以正三角形形状接 种到培养皿的中心，注意这些实验应同时进行，并且保持实验的一致性。培养数天后， 观察菌种茵落生长情况，如果在多种菌种共同生长的培养皿中，菌种菌落的大小( 即直 径) 与单独生长在培养皿中的基本相同，就可以大体判断菌种之间是否存在拮抗作用。 2 1 3 3 菌种的孢于( 细胞) 悬浮液 在试管中加入一定体积的无菌生理盐水，分别用接种环将固体斜面培养基上的黑曲 霉孢子、米曲霉孢子和解脂假丝酵母细胞轻轻刮下，使孢子或细胞个体能够和无菌生理 盐水混合起来，然后将它们分别倒入无菌的2 5 0 m 锥形瓶中，同时放入数粒无菌的玻璃 珠，充分摇动，让玻璃珠将生理盐水中的菌团打散，形成均匀的孢子或细胞悬浮液。接 着分别将悬浮液倒入石英皿中，利用紫外分光光度计测定它们的吸光度( a ) ，目的是为 了有效控制每次不同菌种的接入数量相同。上述操作均要求在无菌的条件下完成。 2 1 3 4 菌种的扩大培养 取l o m l 已经制成一定浓度( 吸光度a 为2 左右) 的孢子或细胞悬浮液，接种到土 豆液体培养基( 每个2 5 0 m l 锥形瓶中8 0 r a l 左右的液体培养基) 中，在2 5 3 0 。c 下振荡培养， 黑曲霉培养时间为4 8 小时，米曲霉和解脂假丝酵母培养时间为2 4 小时。此时，这三种 微生物正处于对数生长期( 有利于后续的固体发酵) 。然后将菌丝球打散成菌丝液，以 便接种到竹片上。上述操作均要求在无菌的条件下完成。 2 5 - - 3 0 ，4 8 h2 5 - - 3 0 ，4 8 h ( 1 ) 黑曲霉u v 一4 8 原种+ p d a 斜面培养+ 黑曲霉一级种子 2 s - 3 0 c ，摇床培养，1 s o 转r a i n 4 6 h 三角瓶土豆液体培养基+ 黑曲霉二级种子 2 5 - - 3 0 ，2 4 h2 5 - - 3 0 c ，2 4 h ( 2 ) 米曲霉a s 。- 0 4 2 原种+ p d a 斜面培养+ 米曲霉一级种子 ：5 一，摇睐培养1 转，_ i n 2 拍 三角瓶土豆液体培养基+ 米曲霉二级种子 2 5 - - 3 0 ，2 4 h2 5 - - 3 0 ，2 4 h ( 3 ) 解脂假丝酵母a s 。一1 3 8 3 原种。咔d a 斜面培养懈脂假丝酵母一级种子+ 广西大掌硕士研究生毕业论支竹救生物预处理竹子生物化学牟断究毋 楚一。摇床培养1 帅转- i l i 2 4 h 三角瓶土豆液体培养基卜解脂假丝酵母级种子 2 1 3 5 菌种优选实验发酵工艺的确定 在固态发酵培养基( 即竹片) 上，按照黑曲霉、米曲霉、解脂假丝酵母、黑曲霉+ 米曲霉、黑曲霉+ 米曲霉+ 解脂假丝酵母五组接种方式，接入黑曲霉u v - 4 8 、米曲霉 a s 。一0 4 2 和解脂假丝酵母a s ：一1 3 8 3 ，分别探索黑曲霉、米曲霉、解脂假丝酵母、黑曲霉 + 米曲霉、黑曲霉+