利用水稻秸秆水解液培养微藻生长及油脂合成研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:flymummy
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微藻产业化应用的难点之一在于其培养成本较高,秸秆由于成分中含有微藻生长所能利用的糖类物质而被视为一种廉价的微藻培养原料,但目前利用秸秆类物质培养微藻相关研究还鲜有报道。其主要难点在于秸秆水解过程所用纤维素酶酶活性不高且价格昂贵。因此,本研究对黑曲霉与绿色木霉所产纤维素酶进行复配,得到一种降解秸秆能力较强的复配酶,并将其水解秸秆所得水解液应用于培养微藻生长与油脂合成,以期降低微藻培养成本。论文主要研究成果如下:首先,本研究利用实验室已筛选出的一株具有产纤维素酶能力的黑曲霉菌株。通过单因子实验进行产酶效能考察。对产酶过程中的6个关键因子(碳源、氮源、温度、pH值、接种量、培养时间)进行优化。经条件优化后,获得最佳产酶条件为:麸皮为碳源、尿素为氮源、pH为5、温度30℃、接种量为6%、培养时间为5d。在此条件下其滤纸酶活性、CMC酶活性、β-糖苷酶活性分别达到4.65 U/m L、19.43 U/m L、65.41 U/m L。相比较优化前的3.22 U/m L、13.51 U/m L、49.78 U/m L,其酶活性分别提升了44%、43%、31%。其次,根据绿色木霉与黑曲霉所产纤维素酶能够互补的这一特性,对此两种菌株所产纤维素酶进行复配。研究发现,复配比例、外加金属离子与浓度是影响复配酶活性的关键因子。在复配比例为1:1的条件下,复配酶在代表纤维素酶总酶活的滤纸酶活性上达到最大值(4.78 U/m L)。数据表明,与Fe3+、Na+、Mg2+、Zn2+、Ca2+五种金属离子相比,外加金属离子K+浓度为0.1 mmol/L时,其对复配酶酶活有明显增强作用。以微晶纤维为底物,对复配酶与单体酶处理效能进行了考察。发现利用复配酶处理微晶纤维素含糖量可达220 mg/g,黑曲霉单体酶可达175 mg/g,绿色木霉单体酶可达86 mg/g。说明复配酶在实际处理纤维素类物质上的效果远高于黑曲霉单体酶与绿色木霉单体酶。最后,利用传统酸、碱预处理方法对秸秆进行处理。测定预处理前后成分变化并通过扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱(FTIR)观察处理前后秸秆形态及化学基团变化。结果表明,在碱法预处理的条件下,秸秆中木质素去除率高且纤维素保留率高,更利于底物后续利用。利用正交设计实验确定最佳酶解条件为反应48 h、pH为4.8、酶浓度30 U/g、底物浓度40 g/L。在此条件下所得水解液中包含葡萄糖5.9 g/L、木糖3.0 g/L。水解液总含糖量为商品酶(索莱宝公司生产)在同等条件下产糖量的61.97%。对微藻利用纤维素水解液为碳源进行了关键因素优化,优化后生物量与油脂含量其分别提高了29%与33%。将水解液作为碳源培养的微藻与其他糖类碳源所培养的微藻进行比较,发现以水解液为碳源所培养的微藻生物量与油脂产量明显高于木糖及成分相同的复合糖所培养的微藻。虽然其与利用葡萄糖培养的微藻在效能上尚有一定差距,但是从培养成本及废弃生物质资源利用的角度来看,利用秸秆水解液培养微藻无疑更具有一定竞争力。
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