秸秆乙醇用木聚糖酶发酵工艺及其新型固态发酵设备系统的研究

摘要

木聚糖酶是一类木聚糖降解酶系，属于水解酶类。木聚糖是以木吡喃糖为单位的由β-1，4键连接的半纤维素，富含于植物体内。木聚糖是一种重要的可再生资源。木聚糖酶能将植物性原料、谷实类饲料和食品中的木聚糖水解成单糖或低聚糖。目前，木聚糖酶被公认是当今世界上最有前景的绿色、环保型酶制剂之一。本研究利用秸秆乙醇用木聚糖酶作为研究目标，开发了木聚糖酶在发酵生产过程跟踪的多项的关键技术，并研发了一种新型固体酶连续培养装置，解决了在秸秆乙醇用木聚糖酶生产中筛选工艺、发酵工艺、固体酶连续培养装置的研发等关键问题。主要结果如下:
　　筛选出适宜降解秸秆纤维原料高产菌株，并优化其培养基以玉米芯和麸皮等富含半纤维素原料作为底物定向选育菌种，筛选出了适合固体发酵的黑曲霉菌株M-Asp-S1。进一步通过单因子及正交试验最终得到固态发酵生产木聚糖酶的培养基配方:30％玉米芯和70％麸皮，(NH4)2SO44％，KH2PO40.75％，Mg2SO4.7H2O1.0％，聚丙二醇0.10％，自来水70％。并且其酶活力从原来的900.61 U/g增加到4000.34U/g，提高了3.44倍。
　　新型固态酶连续培养装置的研发及其生产工艺的优化研发了新型固态酶连续培养装置，并优化了该新型连续培养装置的生产工艺，在生产过程采用液体种子接种、固态发酵的工艺。该新型连续培养设备应用于秸秆乙醇生产后，酶解速度快，单糖得率高，原料利用率提高20％。通过对比测定国内几家公司生产的酶组分中的酶活，本研究所生产的木聚糖酶具有更合理的酶组分结构，其酶解及发酵效果具有一定优势。
　　综上所述，本课题关键技术的突破，为秸秆纤维乙醇的规模化推广生产和应用建立了示范。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 木聚糖酶简介及其应用研究进展

1．2 秸秆生产燃料乙醇研究进展

1．3 本研究工作的思路

1．4 本研究的研究意义及应用前景

2 适宜降解秸秆纤维原料高产菌株的筛选及其培养基优化

2．1 实验材料

2．1．1 菌株和质粒

2．1．2 培养基

2．1．3 仪器设备

2．2 实验方法

2．2．1 粗酶液的制备

2．2．2 DNS法测定酶活

2．2．3 碳源对产木聚糖酶的影响

2．2．4 氮源对产木聚糖酶的影响

2．2．5 磷酸盐添加量对产木聚糖酶的影响

2．2．6 Mg2+对产木聚糖酶的影响

2．2．7 微量金属盐Mn2+对产木聚糖酶的影响

2．2．8 表面活性剂对产本聚糖酶的影响

2．2．9 培养温度对产木聚糖酶的影响

2．2．10 培养湿度对产木聚糖酶的影响

2．2．11 正交试验优化培养基配方

2．3 实验结果

2．3．1 高产酶的筛选

2．3．2 碳源对产酶的影响试验

2．3．3 氮源添加量对产酶的影响试验

2．3．4 磷酸盐添加量对产酶的影响试验

2．3．5 Mg2+对产酶的影响试验

2．3．6 Mn2+对产酶的影响试验

2．3．7 表面活性剂对产酶的影响试验

2．3．8 培养温度对产酶的影响

2．3．9 培养湿度对产酶的影响

2．3．10 正交试验优化培养基

2．3．11 优化培养基验证试验

2．4 讨论

3 新型固态酶培养系统的开发及其生产工艺参数的优化

3．1 设备设计基本原理及思路

3．1．1 本设备接种技术的解决

3．1．2 本设备采用的灭菌方式

3．1．3 本设备的通风方式

3．1．4 酶培养箱料层厚度控制

3．1．5 酶培养温度控制

3．1．6 酶培养湿度的控制

3．2 设备设计简图及实施方式

3．3 设备创新点

3．4 设备生产工艺参数的优化

3．4．1 实验材料及设备

3．4．2 实验方法

3．4．3 实验结果与分析

3．5 本章小结

4 新型固态酶连续培养系统生产木聚糖酶应用效果研究

4．1 实验材料及方法

4．1．1 实验用酶

4．1．2 实验方法

4．2 实验结果及分析

4．2．1 酶活测定

4．2．2 木聚糖酶应用效果对比

4．3 本章小结

5 结论

参考文献

作者简介