利用木质纤维素预处理废液生产饲料酵母

摘要

化石能源的运输燃料目前存在诸多问题,如温室气体排放,环境污染,资源枯竭,不平衡的供需关系等,利用生物燃料替代传统化石能源可以缓解甚至消除这些问题。由于在现有技术下,主要是将木质纤维素原料中的纤维素组分进行降解并进而发酵转化成乙醇等,而半纤维素发酵转化成乙醇的效率较低,因此,目前很多的预处理方法都是先将半纤维素溶解出来,以有利于提高纤维素的酶解效率。但如何将这部分半纤维素组分充分和高值化应用,对实现纤维原料的“生物炼制”具有重要意义。而利用预处理过程中分离的木糖等组分,生产附加值较高的且社会需求巨大的饲料酵母,是解决这个问题的一个有效途径。
　　本文筛选出一株可利用预处理废液中主要单糖木糖的丝孢酵母Y1。通过对18sDNA片段、ITS DNA片段进行PCR扩增、测序及比对,确定了该酵母属于担子菌类的丝孢酵母(Trichosporon)。初步确定其属于loubieri种,该菌种具有很好的生物安全性。
　　由于预处理废液中含有较多的抑制菌株生长的物质,因此必须首先对筛选出的酵母进行驯化,使其在预处理废液中能够正常生长。采用玉米秸秆的稀酸预处理废液对该菌株进行驯化,确立了酵母Y1的培养条件及驯化方法。通过采用摇瓶驯化结合平板驯化筛选等方法,经过长期驯化,使酵母对抑制剂的耐受性得到了显著的提高。经过驯化后,在仅将预处理液pH调整到5.0后,添加0.25%的硫酸铵作为氮源的条件下,72 h后预处理液中葡萄糖能被全部利用,96 h时90%的还原糖被利用,同时菌体量达到了16.7 g/L。
　　为了提高预处理废液中糖的含量,增加酵母菌体量,对玉米秸秆的预处理工艺进行了探索,发现在1:6固液比,2%硫酸浓度下进行水解,可以在使得固形物获得较高酶解率的同时,预处理液中糖的含量也较高。对多种脱毒方法和条件进行比较,发现采用5%活性炭吸附,在脱除73.8%的HMF和76.8%的糠醛的同时,保留了96.7%的葡萄糖和93.6%的还原糖,是一种较好的脱毒方法。在脱毒后的预处理液中进行酵母培养,其菌体量达到25.4 g/L。通过对预处理固形物的多级抽提,获得了相当于预处理液中超过20%的还原糖,大大提升了糖的利用效率,同时减少了废水的排放。在抽提液中培养酵母,酵母Y1的生物量可以到15.3g/L。
　　将驯化后酵母在不同来源的工厂木质纤维素处理液中进行培养,在工厂木糖液及木材水解液中的最大菌体量分别达到30.6g/L和13.4g/L。证明了该驯化酵母可以适用于工业生产,具有广泛应用于各种木质纤维素材料预处理废液的潜力。

目录

文摘

英文文摘

论文说明:符号说明及缩略词

第一章:绪论

1.1.燃料乙醇技术的发展背景和发展现状

1.1.1 发展生物能源的紧迫性

1.1.2 生物质能源的发展现状

1.1.3 燃料乙醇发展概况

1.2 木质纤维素预处理

1.2.1 预处理的必要性

1.2.2 预处理方法的分类

1.2.3 酸预处理

1.2.4 预处理液抑制物的产生、脱除及耐受

1.3 木糖的利用

1.3.1 木糖—木质纤维素材料的重要水解物

1.3.2 木糖发酵菌株的分类

1.3.3 木糖发酵菌株的缺点

1.3.4 木糖利用的新思路

1.4 饲料酵母

1.4.1 饲料酵母国内外发展概况

1.4.2 饲料蛋白的优点和功能

1.4.3 木质纤维素材料生产饲料酵母

1.4.4 酵母耐受抑制物驯化

第二章:饲料酵母菌种的筛选及鉴定

2.1 材料和方法

2.1.1 仪器和设备

2.1.2 实验菌种

2.1.3 培养基

2.1.4 形态观察

2.1.5 基因组DNA的提取

2.1.6 18S rDNA序列扩增

2.1.7 rDNA-ITS序列扩增

2.1.8 PCR产物鉴定和测序

2.2 结果和分析

2.2.1 菌种的筛选

2.2.2 形态观察

2.2.3 菌种分子学鉴定

2.3 小结

第三章 丝孢酵母Y1在秸秆稀酸预处理废液中驯化的初步研究

3.1 材料和方法

3.1.1 仪器和设备

3.1.2 玉米秸秆的稀酸预处理

3.1.3 稀酸预处理液中糖成分测定

3.1.4 酵母对预处理液抑制物耐受性测定

3.1.5 菌株的驯化

3.1.6 驯化条件及驯化培养成分的优化

3.2 结果和分析

3.2.1 玉米秸秆稀酸预处理液的成分分析

3.2.2 酵母Y1培养基成分及培养条件的初步确定

3.2.3 酵母Y1的驯化实验

3.3 小结

第四章 丝孢酵母Y1在不同来源预处理废液中的驯化

4.1 材料和方法

4.1.1 主要试剂与设备

4.1.2 木质纤维素成分的测定

4.1.3 滤纸酶活的测定

4.1.4 纤维素酶解糖化

4.1.5 脱毒方法

4.1.6 R280值的测定

4.1.7 预处理后固形物物料的抽提

4.1.8 酵母的培养

4.2 结果和分析

4.2.1 不同强度预处理后秸秆的酶解性能及废液成分分析

4.2.2 丝孢酵母Y1在高强度玉米秸秆预处理废液中的驯化和生长研究

4.2.3 丝孢酵母Y1在预处理固形物抽提液中的生长研究

4.2.4 丝孢酵母Y1在工厂稀酸预处理液中的生长状况

4.3 小结

全文总结

参考文献

攻读学位期间参与发表的学术论文

致谢

学位论文评阅及答辩情况表