滸苔生物質(zhì)降解優(yōu)化條件及發(fā)酵生產(chǎn)乙醇研究.pdf

1、自2007年開始，每年我國沿海各海域隨著氣溫的升高便開始大規(guī)模暴發(fā)綠潮，主要藻種為滸苔（Ulva prolifera），其中以黃海與東海海域最為嚴重。滸苔暴發(fā)時生物量堆積達百萬噸以上，如此龐大的生物量如果進行掩埋和燃燒處理，不僅浪費大量的資源，同時掩埋和燃燒產(chǎn)生的環(huán)境污染也是個相當嚴重的問題。利用一定的手段將滸苔進行能源化利用，是一條既能解決滸苔環(huán)境污染又能改善能源危機的有效途徑。
　　本研究采用2011年我國山東青島沿海大規(guī)模暴

2、發(fā)的滸苔，滸苔含有豐富的礦物質(zhì)元素，對其進行10種常見金屬元素的測定，得到滸苔中鉀、鈉、鎂、鈣元素最高，為后續(xù)實驗中微生物提供必要的無機鹽。同時滸苔中也含有一定比例的重金屬元素，如汞、鉛、鎘等。滸苔中含有三分之二左右的碳水化合物，它們大多可以被各種方法降解為被用來發(fā)酵乙醇的還原糖。其中纖維素類物質(zhì)是比例較高也是主要要解決的降解物質(zhì)。
　　實驗采用纖維素酶對滸苔進行降解，探討了底物濃度、酶量、時間、溫度、pH各因子以及半纖維素酶協(xié)同

3、反應(yīng)對酶解反應(yīng)的影響，實驗得到最優(yōu)條件：50g/L底物濃度、纖維素酶添加量150U/g、半纖維素酶添加量150U/g、反應(yīng)體系 pH5.2、反應(yīng)溫度50℃、反應(yīng)時間48h，滸苔干粉還原糖得率59.08％，新鮮滸苔2d還原糖得率6.14%，5d還原糖得率7.86%。
　　為了降低纖維素酶的成本，實驗從腐爛滸苔和滸苔暴發(fā)區(qū)域的海水中篩選出具有纖維素分解能力的菌株，采用剛果紅染色法進行粗選，得到8株具有纖維素分解能力的菌株。通過3種不同

4、纖維素類物質(zhì)（濾紙、羧甲基纖維素鈉、滸苔粉）作為碳源對菌株進行誘導產(chǎn)酶，通過酶活力特性的研究確定羧甲基纖維素鈉為最佳誘導底物，提高產(chǎn)酶能力。同時實驗對比了兩種粗酶液的制備方式對酶活力大小的影響，確定了酶液2未經(jīng)低溫離心的制備方式優(yōu)于酶液1，不僅提高了酶活力，同時制備簡單，成本低。通過制備8株纖維素分解菌的粗酶液對滸苔粉進行酶解，結(jié)果證明4株菌株的分解能力較強，通過形態(tài)與分子生物學鑒定得到：H3菌株為芽孢桿菌屬（Bacillus sp.）

5、，H4菌株為伯克氏菌屬（Burkholderia sp.），Q1菌株為寡養(yǎng)單胞菌（StenotropHomonas sp.），H6菌株為草酸青霉菌（Penicillium oxalicum）。
　　本研究選用 H3菌株作為研究對象，探討了 H3菌株產(chǎn)粗酶液降解新鮮滸苔的優(yōu)化條件：1:15料水比、反應(yīng)溫度50℃、反應(yīng)體系為原始pH8.5，反應(yīng)時間5d，總還原糖得率最高為6.4%。
　　提高乙醇發(fā)酵的產(chǎn)量是再生能源的關(guān)鍵，實驗選

6、擇發(fā)酵六碳糖的釀酒酵母1043和發(fā)酵五碳糖木糖的釀酒酵母32868對滸苔酶解液進行協(xié)同發(fā)酵，并且探討了乙醇發(fā)酵的優(yōu)化條件，通過不同菌種、接種量、初始糖濃度、發(fā)酵時間等因子對乙醇發(fā)酵的影響，得到優(yōu)化方案：10%的接種量按1：1添加釀酒酵母1043和釀酒酵母32868，初始還原糖濃度為3%，反應(yīng)時間為3d，反應(yīng)條件為35℃，pH6.5，乙醇最高產(chǎn)量為15.67%。研究發(fā)現(xiàn)在發(fā)酵糖液中添加一些營養(yǎng)鹽對發(fā)酵反應(yīng)有著一定的促進作用。選擇0.4g/