玉米秸秆水解液脱毒与丁醇发酵研究

作     者：谢瑶嬛 

作者单位：河南农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王风芹;宋安东

授予年度：2017年

学科分类：080702[工学-热能工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 

主      题：玉米秸秆水解液 丁醇发酵 酶法脱毒 CaCO3 双向蛋白电泳 

摘      要：利用废弃玉米秸秆发酵产丁醇在生物质转化领域具有明显优势,一方面生物能源的生产利于缓解石油能源紧缺所带来的危机,另一方面解决了粮食农作物残料的任意丢弃和焚烧造成的环境问题。为解除玉米秸秆水解液中多种有毒物对微生物生长的抑制及对发酵产量的影响,本研究分别用酶法复合脱毒和原位脱毒对玉米秸秆水解液发酵产丁醇的影响进行探究,具体研究内容如下:(1)构建了玉米秸秆水解液物理与酶法复合脱毒技术体系。首先探究了三种简便理化脱毒法对抑制物去除率及丁醇产量的影响,结果显示活性炭的效果最优,丁醇与ABE产量相较于对照组分别提升165.79%和158.33%。通过优化漆酶和甲酸脱氢酶添加量以去除水解液中酚类和甲酸,单独添加漆酶5 U/mL、甲酸脱氢酶1 U/mL,水解液发酵的总溶剂产量分别为0.93 g/L和0.11 g/L,相较于对照组分别提高了77.59%和60.87%。在此基础上,在活性炭的辅助下形成高效酶法复合脱毒体系,经复合脱毒处理的水解液发酵后丁醇产量达2.90 g/L,总溶剂产量达到4.4 g/L,比未作处理的对照组发酵产量高出约5倍,实现了生物质的高效转化。(2)研究了玉米秸秆水解液培养基中CaCO和NaBH的添加对丙酮丁醇梭菌发酵产丁醇的影响,添加5 g/L CaCO丁醇产量提高近3倍。通过对水解液中不同时间段有毒抑制物含量进行研究,发现CaCO的添加对于抑制物含量没有明显影响。由此,我们对CK组(未添加CaCO)和SY组(添加CaCO)的菌体蛋白进行双向凝胶电泳,从PAGE胶中选取24个高差异点进行扣点和MALDI-TOF/MS测序,结果得到30种蛋白,其中有16种蛋白参与碳水化合物代谢和能量代谢,并且有73.33%和60%的蛋白分别具有催化活性和结合活性。在SY组图上,有25种为上调蛋白,其余为下调蛋白。在上调的蛋白中如丙酮酸激酶、黄素氧化还原蛋白、乙酰乙酰辅酶A转移酶和铁硫蛋白都影响着产酸产醇途径或是电子的传递而间接影响着溶剂产量。