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红麻是一年生韧皮纤维作物,具有较高的生物质产量,其茎秆主要成分为纤维素、半纤维素、木质素、果胶等,经发酵可转化为酒精。本研究以红麻杆为原料,从自然界中分离筛选纤维素降解菌、半纤维素降解菌、木质素降解菌、果胶降解菌及优化其降解条件,并对糖化工艺及发酵工艺进行了初步研究。获得如下结果:
(1)纤维素降解菌的筛选及产酶条件优化。从腐烂的朽木及土壤采样,用划线分离法进行分离纯化,在刚果红培养基上进行初筛,筛选到18株纤维素降解菌;测羧甲基纤维素钠(CMC)酶活进行复筛,筛选出一株产纤维素酶活较高的菌株,对其产酶条件进行优化,获得最佳产酶条件为:在30 ℃、pH=6条件下培养,第6天酶活最高达198.06 U/g。
(2)半纤维素降解菌的筛选及产酶条件优化。从腐烂的朽木及土壤采样,用划线分离法进行分离纯化菌种,用双层平板法进行初筛,筛选到13株半纤维素降解菌;测半纤维素酶活进行复筛,筛选到一株产半纤维素酶活较高的菌株,并对其产酶条件进行优化,其最佳产酶条件为:在30 ℃、pH=5、PDA培养基中培养,第5天酶活最高达1013.88 U/g。
(3)果胶降解菌的筛选及产酶条件优化。从自然界中采样,用划线分离法进行分离纯化,用刚果红染色法进行初筛,筛选到16株果胶降解菌;测其酶活进行复筛,筛选到一株产果胶酶活较高的菌株,并对其产酶条件优化,其最佳产酶条件为:在30 ℃、pH=5、PDA培养基中培养,第5天酶活最高达322.21 U/g。
(4)木质素降解菌的筛选及产酶条件优化。从自然界中采样,用划线分离法进行分离纯化,用苯胺蓝法进行初筛,筛选到8株木质素降解菌;测漆酶酶活后进行复筛,筛选到一株木质素高效降解菌,对其产酶条件进行优化,其最佳产酶条件为:在30 ℃、pH=5、PDA培养基中培养,第8天漆酶酶活达294.81 U/g。
(5)预处理方法的研究。对红麻秸秆采用蒸汽爆破、稀硫酸、浓硫酸、NaOH等方法进行预处理优化,其中以2%NaOH溶液进行预处理最佳。
(6)糖化工艺的研究。糖化曲与2%NaOH预处理的红麻秸秆粉进行作用,优化糖化曲的作用条件,其最佳条件为:在55 ℃、pH=5.0、酶解时间36 h、底物量为0.5g,糖化曲对秸秆的还原糖得率达到49.01%。
(7)酒精发酵工艺研究。糖化液在发酵温度36 ℃、发酵时间96h、酵母菌量12[%]、起始pH值为5.5条件下发酵,酒精得率0.1972 g.g-1 红麻秸秆,是理论产值的74.21[%]。