氧载体对纤维素酶发酵影响的初步研究

论文总字数：15756字

摘 要

T.reesei HA-1发酵纤维素酶的溶氧水平,从而改善菌体生长情况，提高发酵纤维素酶酶活。通过摇瓶发酵实验，从油酸、豆油、正十六烷、正十二烷、正庚烷五种氧载体中，筛选得到效果最为显著的正十六烷。将正十六烷应用于5L发酵罐中，罐内最低溶氧水平上升至8.0%饱和度，滤纸酶活最大值由1.20 U/ml上升到1.38U/ml，增幅为15.0%，菌体干重最大值上升18.5%。说明添加正十六烷氧载体对T.reesei HA-1发酵纤维素酶酶活和菌体生长均有显著促进作用。

关键词：纤维素酶，溶氧水平，氧载体，正十六烷

Abstract：Lignocellulose is the most abundant renewable resource naturally, cellulase can hydrolyze cellulose into fermentable reducing sugars, thereby translating into bioethanol etc., the related fields have become a research hotspot. Trichoderma reesei is the main cellulase producing strain, it goes through dissolved oxygen limitation problem in the rapid growth stage, which inhibits the further increasements of cellulase activity by fermentation. In this study, we expected to increase the dissolved oxygen level of cellulase fermentation by Trichoderma reesei HA-1, thereby enhancing cell growth and cellulase activity by fermentation. With the shake-flask fermentation, n-hexadecane was selected as the best oxygen vector from oleic acid, soybean oil, n-hexadecane, n-dodecane and n-heptane. When n-hexadecane was added to the 5L fermentor, the lowest oxygen level was elevated to 8.0% saturation, the highest filter paper activity was increased 15.0% from 1.20 U/ml to 1.38 U/ml, and the highest dry cell weight was increased 18.5%,indicating that n-hexadecane could enhance both fermentable cellulase activity and cell growth.

Keywords: cellulase, dissolved oxygen level, oxygen vector, n-dodecane

目 录

第一章.前言 5

1 木质纤维素原料概况 5

1.1 木质纤维素原料的主要组成 5

1.2 纤维素酶概况 5

1.3 氧载体概况及在好氧发酵中的应用 7

第二章．材料与方法 8

2.1 菌种 8

2.2 实验材料及仪器 8

2.2.1 实验材料 8

2.2.2 仪器 8

2.3 培养基的配置 9

2.3.1 PDA培养基 9

2.3.2 种子培养基 9

2.3.3发酵培养基 9

2.4 发酵实验操作 10

2.4.1 种子培养 10

2.4.2 摇瓶发酵 10

2.4.3 发酵罐发酵 10

2.5 分析方法 10

2.5.1 pH测定 10

2.5.2 酶活测定 10

2.5.3 蛋白含量测定 11

2.5.4 菌体干重的测定 11

2.5.5 溶氧测定 11

第三章．结果与讨论 12

3.1 发酵时间分析比较 12

3.2 不同氧载体比较 12

3.2.1 油酸对纤维素酶发酵的影响 13

3.2.2 豆油对纤维素酶发酵的影响 13

3.2.3 正十六烷对纤维素酶发酵的影响 14

3.2.4 正十二烷对纤维素酶发酵的影响 14

3.2.5 正庚烷对纤维素酶发酵的影响 15

3.2.6 正十六烷氧载体在5L发酵罐中的应用 15

第四章 结论 17

参考文献 18

致 谢 20

第一章.前言

随着现代工业的日新月异，能源开发已成为人们所关注的重点。但石油的资源紧缺且不可再生，人们于是更加注重生物质能的研究。生物质能（biomass energy）是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，可转化为常规的固态、液态和气态燃料，取之不尽、用之不竭，是一种可再生能源^[1]。

自然界中存在了许多可再生的生物质能，如所有的植物、微生物以及以植物、微生物为食物的动物，其中以木质纤维素数量最多^[1]。木质纤维素存在于植物的细胞壁中，来源于植物的光合作用^[2]，所以它较易获得，且成本低。木质纤维素作为非常丰富的农林生物质可以开发作为生物燃料、柴油和可降解塑料等。而且它是可再生资源，来源广泛，不会对环境造成污染^[3]。

1 木质纤维素原料概况

1.1 木质纤维素原料的主要组成

木质纤维素原料包含纤维素、半纤维素和木素三个主要有机成分，一般组成比例为4:3:3，由此形成了天然的复杂致密的结构特征。植物每年通过光合作用能产生高达1.64×10¹¹吨的木质纤维素类物质，其中纤维素、半纤维素的总量为850亿吨，是生产燃料乙醇的最为丰富的资源^[4]。天然纤维原料除了上述三大类组分外，尚且含有少量的果胶、含氮化合物和无机物成分等。纤维素分子是一种由D-葡萄糖单元通过β-1,4-糖苷键链接均已的高分子化合物,聚合度在3500-10000,纤维素大分子间通过大量的氢键连接在一起形成晶体结构的纤维素，结构紧密，较难降解^[5]。

由于木质纤维素的组成成分复杂且稳定，存在许多物理和化学的屏障，使酶制剂难以与纤维素接触，不能迅速完成酶促反应，酶解时间长，酶解得率低，仅为10.0%-20.0%左右。因此，植物纤维原料在酶水解前必须经过预处理，目的是破坏纤维复合结构，降低纤维素的结晶度，解除木素障碍和降低纤维素聚合度，这样能够增加原料的外表面积，提高纤维素水解得率^[5]。植物纤维原料的预处理方法很多，主要有化学法(酸、碱或有机溶剂等进行处理)、物理法(机械粉碎、微波和超声波处理等)、生物法（白腐菌、褐腐菌等降解木质素）以及集中方法的联合作用^[6]。

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