餐厨垃圾预处理及土著菌利用其水解液发酵产油脂研究

摘要

生物柴油由于其可再生性和环保性，被称为“绿色能源”，具有广阔的发展前景。其传统原料为动植物油脂，但微生物油脂具有动植物油脂无法比拟的优点，微生物细胞增殖快，生长周期短，其生长所需原料丰富且价廉，生产方法所需劳动力相对于动植物油脂较少，并不受季节、气候等变化影响等，因此微生物油脂是生物柴油的理想原料。本文旨在研究产油脂微生物利用经预处理及复合酶制剂水解得到的餐厨垃圾水解液发酵生产微生物油脂，以餐厨垃圾水解液为培养环境对酿酒酵母菌进行传代驯化培养，从富含油脂及糖类的土壤中分离纯化出产油脂微生物并对其进行紫外线诱变，以期得到更高的油脂产量。研究结果如下:
　　(1)不同预处理方法（热预处理，酸碱预处理，不同氧环境预处理）均对有机物的降解有明显作用，有效提高了水解液中的还原糖百分数和氨基酸态氮含量。四种预处理方法的最佳条件:热水解预处理，60℃条件下处理2h;酸预处理（pH值为2至7），原液在初始pH值为7的情况下最佳，碱预处理(pH值为7至11)，原液在初始pH值为8时最佳，综合得出，酸碱预处理中原液在初始pH值为8时为最佳条件;相比于好氧条件，兼氧条件下更适合有机物的降解。综合上述三种预处理，获得五种综合预处理方法，得出在初始pH值为8，兼氧条件下于室温中预处理24h效果最佳。预处理后，复合酶制剂能对餐厨垃圾的大分子有机物质进行高效水解，所形成的小分子物质能被微生物加以利用。其水解效果最佳的复合酶制剂投加量为淀粉酶16活力/g原料、糖化酶320活力/g原料、蛋白酶50活力/g原料、纤维素酶50活力/g原料。酶水解需要适宜的环境，且不同的时间，温度，pH值均会对水解效果产生影响，控制水解初始pH值为7，在55℃条件下水解2h，其水解效果最佳。
　　(2)结合平板初筛、苏丹黑染色法、摇瓶发酵复筛及酸加热法提取微生物中的油脂，从富含油脂及糖类的土壤样本中筛选得到两株油脂量较高的菌株，经分子生物学以及形态学鉴定可知，菌种B为热带伯克霍尔德氏菌(Burkholderia tropica)，菌株D为球毛壳菌（Chaetomium globosum）。发酵实验结果表明球毛壳菌利用餐厨垃圾水解液发酵产微生物油脂最高，故对其进行紫外线诱变，诱变后其油脂含量及油脂得率分别达到31.27％和6.117g/L，相比未诱变分别提高了5.16％和1.128 g/L;其次对突变菌种进行连续传代活化研究，发现其油脂含量及油脂得率分别稳定在29.86％-33.55％，5.832g/L-6.226g/L，说明该菌株的遗传性能较稳定。
　　(3)对已知菌种——酿酒酵母菌在餐厨垃圾水解液中进行传代驯化培养。研究发现，第1代至第6代的酿酒酵母菌的油脂含量和油脂得率在第6代时达到最大，分别为29.52％和8.604g/L。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 目的与意义

1．2 研究现状

1．2．1 生物柴油

1．2．2 微生物油脂

1．2．3 餐厨垃圾

1．3 主要研究内容及技术路线

第二章 实验材料与方法

2．1 实验材料

2．1．1 带菌土样的采集

2．1．2 菌种

2．1．3 餐厨垃圾

2．1．4 培养基

2．1．5 主要实验仪器

2．1．6 主要实验药剂

2．2 实验方法

2．2．1 餐厨垃圾原液的制取

2．2．2 餐厨垃圾原液的预处理

2．2．3 餐厨垃圾初步水解液的酶解

2．2．4 菌株筛选

2．2．5 紫外线诱变

2．2．6 水解效果的指标测定

2．2．7 菌体生物量的测定

2．2．8 微生物油脂的提取

第三章 餐厨垃圾的初步水解

3．1 餐厨垃圾原液的制取

3．2 餐厨垃圾原液的预处理

3．2．1 热预处理的最佳条件

3．2．2 酸碱预处理的最佳条件

3．2．3 不同氧环境预处理的最佳条件

3．2．4 最佳综合预处理

3．3 本章小结

第四章 餐厨垃圾的复合酶制剂水解

4．1 复合酶制剂投量的影响

4．2 酶水解时间的影响

4．3 酶解温度的影响

4．4 酶解pH值的影响

4．5 本章小结

第五章 土著菌的分离纯化与优选

5．1 平板初筛

5．2 苏丹黑染色

5．3 以种子培养液、发酵培养液为培养液进行摇瓶发酵复筛

5．4 以餐厨垃圾水解液为培养液的摇瓶发酵

5．5 混合菌种发酵产微生物油脂

5．6 本章小结

第六章 高产油脂土著菌种的鉴定、诱变以及酿酒酵母菌的驯化‘

6．1 菌株B的鉴定

6．1．1 菌株B的形态学观察

6．1．2 菌株B的分子生物学鉴定

6．2 菌株D的鉴定

6．2．1 菌株D的形态学观察

6．2．2 菌株D的分子生物学鉴定

6．3 菌株D的紫外线诱变

6．3．1 菌悬液制备

6．3．2 紫外线诱变球毛壳菌

6．3．3 诱变菌株产微生物油脂

6．3．4 诱变菌株的遗传稳定性

6．4 酿酒酵母菌的驯化

6．5 本章小结

第七章 结论与建议

7．1 结论

7．2 建议

参考文献

致谢

附录