基于棉秸秆中的木糖生物转化木糖醇的研究

论文摘要

以废弃物棉秆水解液中的木糖为原料,开展了木糖醇转化菌株的筛选,进行了菌株表达木糖还原酶的条件和转化木糖醇的研究,并对棉秸秆水解液的进行了脱毒处理和木糖醇转化的研究。结果如下:利用木糖作为主要碳源,获得了能够以木糖为主要碳源生长的菌株。利用TLC和HPLC法检测,从中筛选到了一株性能较为优良的转化木糖为木糖醇的菌株X-Xol-1。经过菌体形态和18SrDNA序列分析,该菌株鉴定为Candida lusitaniae,命名为Candida lusitaniae X-Xol-1,Genbank登录号为EU562180。研究了菌株的表达木糖还原酶条件。结果表明Candida lusitaniae X-Xol-1表达木糖还原酶的最适培养温度和pH分别为35℃和为5.5,最适氮源为酵母粉;镁离子和钾离子对木糖还原酶酶活有促进作用,最佳浓度分别为Mg2+ 0.25g/L和K+1.25g/L。菌株对木糖催化反应的米氏常数Kmxylose为0.179 mmol/L,最大反应速度Vmax为1.705 mmol/（L·min）;对辅酶NADPH的米氏常数KmNADPH为0.573μmol/L,最大反应速度Vmax为3.163μmol/（L·min）。确定菌株的生长和发酵条件。结果表明生长与转化木糖的最佳pH和温度分别为5.0和35℃,接种量为5%,装液量为40%,生长转速为170rpm,转化转速为120rpm。最佳氮源为酵母粉,用量为0.5g/L。在木糖浓度为30g/L,发酵60h,木糖醇得率为69.76%,生产强度为0.35g/（L·h）。研究了葡萄糖对木糖醇转化的影响。结果表明:葡萄糖会抑制木糖醇的转化。当发酵液中同时存在葡萄糖和木糖时,菌株优先利用葡萄糖,只有当葡萄糖代谢完全时,才开始利用木糖。研究了Ca（OH）2、活性炭和活性白土对棉秆水解液的脱毒效果。结果表明:利用Ca（OH）2过中和到pH10.0,再用硫酸回调到pH5.5可获得最佳脱毒效果;活性炭对水解液脱毒最佳条件为,活性炭为固液比1%,pH5.5、70℃处理60min;活性白土最佳条件为温度30℃,水解液pH5.5,以0.5%的固液比处理40min。利用水解液驯化菌株C. lusitaniae X-Xol-1,提高该菌对棉秆水解液的适应性,使该菌的木糖醇转化率提高了22.47%。利用水解液发酵,木糖醇转化率低,仅为29.60%。浓缩水解液木糖醇转化率为42.51%,比未浓缩水解液高,但比以纯木糖为底物发酵低。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 前言
• 第1章 文献综述
• 1.1 木糖醇性质及生产现状
• 1.1.1 木糖醇概述
• 1.1.2 木糖醇的用途
• 1.1.3 木糖醇的生产方法
• 1.2 新疆棉花种植及其棉花秸秆处理现状
• 1.3 植物纤维材料的酸水解及杂质的研究
• 1.3.1 植物纤维材料的成分
• 1.3.2 植物纤维材料的水解
• 1.4 植物纤维水解液的脱毒
• 1.5 生物转化木糖醇的研究进展
• 1.6 论文研究的目的意义及主要内容
• 第2章 材料与方法
• 2.1 材料
• 2.1.1 样品采集
• 2.1.2 菌种
• 2.1.3 培养基
• 2.1.4 药品
• 2.1.5 仪器
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 转化木糖醇菌株的筛选方法
• 2.2.2 菌株鉴定方法
• 2.2.3 主要基因操作方法
• 2.3 分析方法
• 2.3.1 木糖木糖醇的检测方法
• 2.3.2 水解液中毒性物质测定
• 2.3.3 木糖还原酶酶活的测定
• 2.2.4 菌体生物量的测定
• 2.2.5 pH 值的测定
• 第3章 转化木糖醇菌株的筛选、鉴定及其产酶特性研究
• 引言
• 3.1 木糖醇转化菌株的筛选
• 3.2 菌株的鉴定
• 3.2.1 菌株的形态特征
• 3.2.2 菌体分子生物学特征
• 3.3 菌株产木糖还原酶条件的研究
• 3.3.1 培养温度对产酶的影响
• 3.3.2 培养基初始pH 对产酶的影响
• 3.3.3 不同氮源对木糖还原酶活性的影响
• 3.3.4 钾离子和镁离子对酶活的影响
• m和V_max)的测定'>3.4 Candida lusitaniae X-Xol-1 木糖还原酶的动力学常数(K_m和V_max)的测定
• 3.5 小结
• 第4章 Candida lusitaniae X-Xol-1 生长与木糖醇转化特性研究
• 引言
• 4.1 菌株 C. lusitaniae X-Xol-1 的生长曲线
• 4.2 Candida lusitaniae X-Xol-1 木糖醇转化特性
• 4.2.1 初始pH 对菌体生长和木糖醇转化的影响
• 4.2.2 温度对菌株生长和木糖醇转化的影响
• 4.2.3 接种量对菌株生长和木糖醇转化的影响
• 4.2.4 装液量对菌体生长和木糖醇转化的影响
• 4.2.5 转速及通气对木糖醇转化的影响
• 4.2.6 氮源对菌株生长和木糖醇转化的影响
• 4.2.7 初始木糖浓度对木糖醇转化的影响
• 4.3 Candida lusitaniae X-Xol-1 批式发酵研究
• 4.3.1 Candida lusitaniae X-Xol-1 批式发酵
• 4.3.2 Candida lusitaniae X-Xol-1 补料批式发酵
• 4.3.3 葡萄糖对木糖醇转化的影响
• 4.4 小结
• 第5章 基于棉秆水解液C.lusitaniae X-Xol-1 转化木糖醇的初步研究
• 引言
• 5.1 棉秸秆酸水解液的制备
• 5.1.1 棉秸秆的化学组成
• 5.1.2 棉秸秆酸水解处理
• 5.1.3 棉秸秆水解液的化学组成
• 5.2 棉秸秆水解液的脱毒处理
• 2 中和脱毒'>5.2.1 Ca（OH）₂中和脱毒
• 5.2.2 活性炭吸附脱毒影响因素的研究
• 5.2.3 活性炭脱毒最佳工艺条件确定
• 5.2.4 活性白土脱毒
• 5.3 菌株驯化
• 5.4 棉秆水解液批式发酵转化木糖醇
• 5.5 小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 作者简介
• 导师评阅表