桦褐孔菌降解木质纤维素的培养条件优化及糖化效率研究

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木质纤维素(木质素、半纤维素和纤维素组成)是重要的可再生资源,有效的利用这些资源是转化碳为能源和化学品的方式,木质素降解(脱除)并减少多糖类损失的木质素选择性降解技术是木质纤维素利用的关键技术和挑战之一,白腐真菌是生物圈中唯一能同时降解木质素、纤维素和半纤维素的微生物,也是唯一能在纯系培养中降解木质素的真菌,但是白腐真菌预处理方法存在木质素降解效率低、纤维素和半纤维素损失较大、生长速度慢导致脱木质素时间长等问题。本论文研究了桦褐孔菌液体深层发酵选择性降解甘蔗渣木质素的培养条件,发现氮源、表面活性剂、pH是影响甘蔗渣木质素选择性降解的主要影响因子,经响应法优化的培养条件发酵降解,甘蔗渣的选择降解系数达到3.4,发酵2天的甘蔗渣糖化率达到30%,解决了文献报道的白腐真菌发酵时间长、预处理后甘蔗渣糖化率低的问题。单因子法和响应面法的培养条件优化确定了氮源种类(NH4)2S04和底物添加量4%,筛选出pH、Tween 80、(NH4)2SO4三个主要影响因子,明确了最适pH 4.3、Tween 80和(NH4)2SO4的最适添加量0.43%、0.22%。桦褐孔菌降解甘蔗渣的选择系数1.33(发酵第10天),较优化前的选择系数0.64提高了 109.3%。甘蔗渣的动态生物降解结果表明,木质纤维素的三种成分明显减少,选择系数则呈现由高到低的趋势,在发酵第2天达到3.35。在两天内,真菌选择性地降解甘蔗渣木质素13.31%,纤维素降解率3.97%。木质素降解酶酶活性的动态变化与木质素降解规律一致,木质素降解酶酶活显著高于纤维素酶活性,达到选择性降解的目的。在发酵第6天和第4天分别在甘蔗渣培养物中检测到锰过氧化物酶(317.95 IU/mL)和木质素过氧化物酶(51.61 IU/mL)的高活性。糖化效率研究表明,发酵处理组明显优于对照组,发酵处理2天的甘蔗渣在纤维素酶解12 h后总还原糖量达到最大264.8 mg/g,最大产糖率30.1%,显示甘蔗渣经桦褐孔菌短时间预处理即可提高糖化效率的优势。桦褐孔菌对竹纤维的生物降解结果表明发酵前期,木质素和半纤维素的降解率高于纤维素,发酵后期纤维素降解率上升。竹子性状变软,更易弯折,降解改变了发酵初期偏硬不易弯折的性状。本论文从桦褐孔菌选择性降解木质纤维素出发,以选择系数为指标,建立高效的选择性降解培养体系,缩短糖化酶处理时间的同时,提高发酵预处理后的木质纤维素废弃物的糖化效率。
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