木質(zhì)素降解微生物的篩選及其降解特性的研究.pdf

1、木質(zhì)素是一種廣泛存在于生物質(zhì)中的生物高分子，其單體結(jié)構(gòu)為苯基丙烷。每年木質(zhì)素會(huì)以秸稈焚燒或制漿廢水排放等方式被直接廢棄，造成生物質(zhì)資源的浪費(fèi)。在對(duì)木質(zhì)素的回收應(yīng)用中，生物降解可使木質(zhì)素轉(zhuǎn)化為小分子物質(zhì)，進(jìn)而分離純化為化工原料。其具有成本低廉、二次污染小等優(yōu)勢(shì)，相比物理和化學(xué)法更受青睞。木質(zhì)素結(jié)構(gòu)復(fù)雜而穩(wěn)定，生物降解難，故而微生物的降解能力是決定性因素。因此，本研究就降解菌株篩選鑒定、降解特性研究及降解途徑分析等方面開(kāi)展了相應(yīng)的研究，并取

2、得了如下結(jié)果:
　　 1.利用木質(zhì)素磺酸鈉為唯一碳源，從腐殖土、中藥殘?jiān)榷喾N樣本中共分離出20株具有木質(zhì)素降解能力的菌株。其中包括13株真菌，7株細(xì)菌。苯胺藍(lán)和愈創(chuàng)木酚平板定性檢測(cè)表明，各真菌可產(chǎn)木質(zhì)素降解酶。菌株F-1主要產(chǎn)木質(zhì)素過(guò)氧化物酶和漆酶，LiP活性到第7d達(dá)到34.6U/L，漆酶酶活在培養(yǎng)12d達(dá)到6.8U/L。以堿木質(zhì)素及木質(zhì)素磺酸鈉為唯一碳源對(duì)菌株進(jìn)行液態(tài)降解研究，菌株F-1搖瓶培養(yǎng)12d后對(duì)堿木質(zhì)素與木質(zhì)素磺

3、酸鈉降解率分別達(dá)到36.4％和30.7％。結(jié)合菌株產(chǎn)降解酶能力與降解能力遺傳穩(wěn)定性的研究，確定菌株F-1木質(zhì)素降解優(yōu)勢(shì)菌株。經(jīng)形態(tài)學(xué)和ITS全序列分析，該菌株屬曲霉屬，為黃曲霉，命名為黃曲霉LDY（AspergillusflavusLDY）。
　　 2.對(duì)黃曲霉LDY降解進(jìn)行了木質(zhì)素磺酸鈉降解條件調(diào)控研究的影響因素進(jìn)行了考察，當(dāng)各因素分別為如下之值時(shí)，黃曲霉LDY對(duì)木質(zhì)素的降解效果較好:在添加0.5g/L葡萄糖，最適氮源及濃度為

4、2.5g/L硫酸銨，底物濃度為2g/L，30℃，pH7.0的條件下，搖瓶培養(yǎng)12d后對(duì)，木質(zhì)素磺酸鈉降解率可達(dá)36.4％。對(duì)黃曲霉LDY降解木質(zhì)素進(jìn)行多因素交互作用的考察。利用DesignExpert8.0軟件通過(guò)多因素的響應(yīng)曲面分析，明確了黃曲霉LDY降解木質(zhì)素的主要影響因素，并優(yōu)化其找出較適宜的降解條件組合。獲得優(yōu)勢(shì)菌株降解木質(zhì)素的最佳條件為:初始pH為6.71;氮源濃度為2.55g/L;底物濃度為1.78g/L。在此條件下，進(jìn)行黃

5、曲霉LDY降解木質(zhì)素的研究，在5d后，木質(zhì)素實(shí)際降解率達(dá)到44.7％，降解條件優(yōu)化效果較顯著。
　　 3.通過(guò)GC-MS檢測(cè)分析分析降解液的油相萃取物，結(jié)果表明:其中含有五元環(huán)結(jié)構(gòu)和較多的脂肪族小分子物質(zhì)，如2，3-丁二醇(3.3％)、2-乙氧基丁烷(1.4％)、3-羥基-2-丁酮(1.0％)等，這些產(chǎn)物的形成應(yīng)源于醌型結(jié)構(gòu)中間體的存在及其開(kāi)環(huán)裂解。這說(shuō)明，黃曲霉LDY降解木質(zhì)素的途徑應(yīng)為:木質(zhì)素在生物處理中產(chǎn)生了醌型結(jié)構(gòu)，在菌

6、體代謝中產(chǎn)生的氧化劑吸引木質(zhì)素酚鹽陰離子的電子，產(chǎn)生苯氧游離基，再與氧化劑作用形成氫化過(guò)氧環(huán)己二烯中間體，最終生成對(duì)醌與鄰醌結(jié)構(gòu)。醌型結(jié)構(gòu)的存在及其開(kāi)環(huán)裂解有利于產(chǎn)生五元環(huán)結(jié)構(gòu)和更多脂肪族小分子。
　　 4.經(jīng)生物處理后的木質(zhì)素在用于與丙烯酸作用形成吸附材料后，其吸附性能（僅指重金屬離子及蛋白酶類）均優(yōu)于未經(jīng)處理的木質(zhì)素所制備的吸附材料，其對(duì)Cu2+的吸附容量可達(dá)96.6mg/g，對(duì)木瓜蛋白酶的吸附容量可達(dá)634.0mg/g。初