乙酰木聚糖酯酶在苎麻韧皮微生物脱胶中的作用研究

摘要

苎麻是我国特有的纺织纤维原料来源，其纤维具有透气性能好、吸湿快等优点。苎麻韧皮中30％左右非纤维组分在麻纺工业中称为胶质，包括果胶、半纤维素、木质素等。微生物脱胶具有脱胶效率高、成本低、绿色环保等优点，是目前苎麻脱胶主攻方向。本实验室前期工作采用单菌芽孢杆菌HG-28高效脱胶，已取得很好的脱胶效果，但尚有少量半纤维素和木质素等胶质有待去除。由于半纤维素与木质素共价交联，半纤维素降解有利于木质素结构的松散甚至脱离，因此，进一步提高半纤维素去除率是优化脱胶效果的重点。而苎麻胶质中半纤维素结构中存在大量乙酰化支链结构，这些支链阻碍了脱胶酶系对苎麻半纤维素的降解。为此，本文围绕如何提高乙酰基支链的脱除率开展研究，以期进一步提高半纤维素的降解及苎麻生物脱胶效果。取得主要研究结果如下：
　　（1）发现在芽孢杆菌HG-28单菌脱胶体系中添加乙酸乙酯可诱导提高该菌分泌的乙酰木聚糖酯酶的活性，使半纤维素和总胶质的去除率分别提高了3.79%和5.60%，表明乙酰木聚糖酯酶诱导剂对微生物脱胶具有促进作用，可通过诱导提高乙酰木聚糖酯酶活性去除半纤维中的乙酰基支链来提高半纤维素和总胶质的去除率；并进一步确定了诱导剂乙酸乙酯的最佳浓度及最佳添加时间分别为1%（v/v）和脱胶开始后的第8h。
　　（2）选择乙酰木聚糖酯酶活性较高的脱胶菌株与芽孢杆菌HG-28开展混合协同脱胶研究，以期进一步提高脱胶效果。发现短小芽孢杆菌HG-56不仅乙酰木聚糖酯酶活性较高，而且与芽孢杆菌HG-28具有很好的协同脱胶作用，并优化确定了最佳混合协同脱胶条件为：混合脱胶顺序是先接种芽孢杆菌HG-28，脱胶2h后，再接种菌龄为4h的短小芽孢杆菌HG-56，混合协同脱胶40h；在最佳混合菌脱胶条件下，半纤维素和总胶质的去除率与芽孢杆菌HG-28单菌脱胶相比，分别提高了15.80%和7.03%。
　　（3）通过采用 DNS法、X射线衍射、傅里叶红外光谱、扫描电镜几种分析方法，进一步分析了混合脱胶过程中酶活动态变化，以及脱胶前后的苎麻成分和苎麻纤维结构变化。发现两株菌混合脱胶具有良好的协同降解胶质的作用，使苎麻纤维的乙酰基支链几乎全被脱除，暴露在外面的大部分半纤维素和果胶进一步降解，从而使得苎麻单纤维的结晶度进一步提高，表面更为光滑。混合菌脱胶效果明显优于单菌脱胶。
　　以上研究为进一步优化微生物脱胶技术及工业化应用工艺提供了理论和实验依据。

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1 绪论

1.1 苎麻的简介

1.2 苎麻脱胶工艺

1.3 半纤维素的结构

1.4 乙酰木聚糖酯酶

1.5 混合菌发酵

1.6 本课题研究内容及意义

2 提高芽孢杆菌HG-28乙酰木聚糖酯酶活性对苎麻韧皮脱胶效果的影响

2.1 实验材料

2.2 实验方法

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

3 高乙酰木聚糖酯酶活菌株与芽孢杆菌HG-28混合脱胶工艺优化

3.1 实验材料

3.2 实验方法

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

4 高乙酰木聚糖酯酶活性菌株与芽孢杆菌HG-28混合脱胶效果分析

4.1 实验材料

4.2 实验方法

4.3 结果与分析

4.4 本章小结

5 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间完成的专利情况