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以廉价的秸秆为底物生产第二代燃料乙醇被认为是最有可能解决地球能源危机的有效办法。然而利用秸秆发酵产乙醇,首先要通过预处理过程将秸秆木质纤维素结构打破,但一些抑制酶解和发酵的副产物也会在预处理过程中产生,因此必须将这些副产物去除,这个过程称之为“脱毒”或“解毒”(detoxification)。利用微生物进行脱毒具有无附加产物,低成本,安全高效的优势,这一类微生物即为脱毒菌。研究发现,许多脱毒菌在脱毒过程中本身就能够产生纤维素酶,这将进一步的降低了纤维素乙醇的生产成本。因此,本文选择了黑曲霉Aspergillus niger NRRL 330和Aspergillus niger NRRL 1956斜卧青霉Penicillium decumbens NRRL 741和构巢曲霉Aspergillus nidulans UOA/HCPF 10647四株具有代表性的脱毒菌对稀酸预处理玉米秸秆进行生物脱毒,针对抑制物对脱毒菌产纤维素酶以及合成的纤维素酶在脱毒过程中酶解反应影响展开研究。 首先,为了研究各抑制物对各脱毒菌产纤维素酶的作用机制,进行了各抑制物单因素以及联合作用对脱毒菌的产酶影响实验。结果表明,抑制物达到一定浓度后对脱毒菌合成纤维素酶都存在不同程度的抑制作用。在乙酸浓度为1g/L时会促进脱毒菌Aspergillus niger NRRL 330和Aspergillus niger NRRL 1956生长而促进其合成纤维素酶。另外,秸秆预处理副产物对脱毒菌合成纤维素酶的联合作用是一种协同的抑制作用,之前的低浓度抑制物单因素会促进脱毒菌产纤维素酶的作用几乎不存在。 其次,研究了脱毒菌合成的纤维素酶在脱毒过程中酶解反应影响。结果表明,低浓度乙酸(1g/l)会对脱毒菌Aspergillus niger NRRL 330和Aspergillus niger NRRL 1956纤维素酶活有促进作用。Aspergillus niger NRRL 330滤纸酶活,CMC酶活,CB酶分别提高了37%,24%和9%。副产物对四株脱毒菌的纤维素酶活单因素作用普遍存在抑制作用。其中甲酸的抑制作用相对较小,乙酸和糠醛对于四株脱毒菌的影响相对最大。羟甲基糠醛对三株曲霉脱毒菌脱毒过程中酶解反应CB酶活没有影响,并且纤维素酶平均维持在3IU/ml的较高水平。因此,结合产酶影响,曲霉做为脱毒菌所产生的纤维素酶很有可能会对代替商品纤维素酶β-葡萄糖苷酶。秸秆预处理副产物对脱毒菌合成的纤维素酶在脱毒过程中酶活反应联合作用也是一种协同的抑制作用。三株曲霉脱毒菌毒过程中酶解反应纤维素酶CB酶活最高时各抑制物浓度与抑制物对与脱毒菌合成纤维素酶联合抑制实验的浓度都为甲酸0.2g/L、乙酸1g/L糠醛0.7g/L、羟甲基糠醛0.1gL。并且该浓度在是实际发酵体系也是常见浓度,因此推论,曲霉作为脱毒菌可能可以代替一部分商品纤维素酶β-葡萄糖苷酶。 最后,为了证实之前的推论,进行四株脱毒菌在脱毒糖化过程中产酶效果的实验,糖化反应中未添加β-葡萄糖苷酶的酶活替代组最终产葡萄糖量分别为添加了β-葡萄糖苷酶的脱毒组产糖量的92.3%,100.7%,78%和87%。说明脱毒菌在脱毒反应中合成的纤维素酶几乎可完全替代了相应的商品纤维素酶β-葡萄糖苷酶。另一方面,添加脱毒菌剂的脱毒组葡萄糖产量高于未添加脱毒菌的糖化量,这说明脱毒菌去除抑制物后改善了糖化效果,进而在去除抑制物和减少商品纤维素酶用量两方面节约了生产纤维素乙醇的成本。