凤眼莲秸秆生物脱胶的研究

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凤眼莲(Eichhornia crassipes)在水体中的泛滥严重影响到了水生生态系统的生物多样性,并对人们的生产、生活、健康造成威胁,已被列为危害最严重的十大害草之一。如何对凤眼莲进行防治和资源化利用,已经越来越引起人们的关注。与其它植物秸秆类似,凤眼莲化学成分主要由纤维素、半纤维素和木质素组成。纤维素是自然界最重要的生物质资源之一。利用微生物手段分解掉凤眼莲成分中的非纤维素物质,即生物脱胶,得到较高纯度的纤维素,为纤维素的后续利用奠定基础,这将成为凤眼莲资源化利用新途径的重要内容。本课题从以下几个方面对凤眼莲秸秆生物脱胶进行了研究。1.凤眼莲化学成分含量的测定采用《苎麻化学成分含量测定方法GB5889-86》测定凤眼莲的化学成分表明,凤眼莲不同部位的各种化学成分含量不同。其中,凤眼莲叶中的腊脂质含量最高,果胶含量最低;茎的腊脂质含量最低,水溶物含量也最低;半纤维素在凤眼莲根中的含量最低,在叶中的含量最高,为52.94%;叶中的木质素含量最低,仅为12.65%;凤眼莲茎中的纤维素含量最高,为17.23%。2.凤眼莲脱胶菌的筛选和脱胶实验利用刚果红平板染色法从凤眼莲自身茎叶及其生长的池塘、南湖水中筛选出5株透明圈较大的菌株(A1、B1、B11、B3、B13),通过比较菌株分泌的果胶酶、木聚糖酶活性和脱胶率,确定A1菌为理想的凤眼莲脱胶菌。按接种量4%,在35℃,pH7.0,145 r/min振荡速度下发酵72h后,木聚糖酶和果胶酶活分别为72.69μg/mL·min,45.72μg/mL·min,脱胶率为31.89%。3.不同处理方法得到的凤眼莲纤维的红外光谱分析通过比较凤眼莲原料纤维、A1菌处理得到的纤维、碱化纤维这三种凤眼莲纤维的红外光谱后发现,经过A1菌发酵处理或碱化处理后,样品中的半纤维素和木质素成分与原料样品相比,大部分被降解掉或去除掉。碱化处理对于去除凤眼莲胶质(非纤维素物质)效果最为明显,但同时对凤眼莲纤维素的破坏也最大;A1菌处理凤眼莲茎纤维的结构变化介于原料纤维和碱化纤维之间。4.A1菌最佳脱胶条件的选择以凤眼莲作为脱胶培养基的碳源,根据不同的理化因子(包括氮源种类以及浓度、无机盐、温度、pH、接种量等),选择最佳发酵工艺。结果表明,凤眼莲脱胶菌A1的最佳脱胶培养基为:NH4Cl 0.1%,KH2PO4 0.1%,MgSO4·7H2O 0.05%,pH7.5,接种量0.8%,35℃培养72h后,凤眼莲脱胶菌分泌的木聚糖酶活性达到75.05μg/mL·min,果胶酶活性达到63.51μg/mL·min,一次脱胶率达到33.37%。
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