專利名稱：一種秸稈降解復(fù)合菌劑及其在乙醇生產(chǎn)預(yù)處理中的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微生物發(fā)酵及環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種秸稈降解復(fù)合菌劑及其在乙醇生產(chǎn)預(yù)處理中的應(yīng)用
背景技術(shù)：
產(chǎn)業(yè)革命后的200多年，人類社會(huì)經(jīng)歷了前所未有的大發(fā)展，社會(huì)生產(chǎn)力和科技水平都得到了極大的提升，然而這種巨大發(fā)展的背后卻是伴隨著石油、煤、天然氣等化石燃料的大量消耗，這些資源儲(chǔ)量有限，屬于不可再生能源，而且化石燃料的燃燒正在影響全球氣候變化，嚴(yán)重地威脅著人類的生存環(huán)境，鑒于能源和環(huán)境問(wèn)題已成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)，開(kāi)發(fā)潔凈的可再生能源已成了緊迫的課題。微生物發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇作為一種可再生能源， 已經(jīng)引起了人們的高度重視?，F(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)外燃料乙醇的大規(guī)模生產(chǎn)都是以糖質(zhì)和淀粉質(zhì)農(nóng)作物如甘蔗、糖蜜、 木薯、玉米為原料。在我國(guó)，則主要以玉米、陳化的小麥和稻谷為原料，這對(duì)于我國(guó)本來(lái)食物就相對(duì)匱乏的國(guó)情而言無(wú)疑又是一個(gè)沉重的負(fù)擔(dān)，而與之相對(duì)的是以農(nóng)作物秸稈為代表的木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)資源十分豐富，年產(chǎn)量高達(dá)7 X IO8噸，這些物質(zhì)大部分未能被有效利用，既浪費(fèi)了資源，又造成了環(huán)境污染。若能采用適宜的技術(shù)將這些秸稈類生物質(zhì)資源轉(zhuǎn)化為乙醇將帶來(lái)不可估量的價(jià)值。目前，秸稈預(yù)處理的方法主要有物理預(yù)處理法、化學(xué)預(yù)處理法和生物預(yù)處理法，例如蒸汽爆破法、稀酸法、堿處理法等。物理和化學(xué)方法對(duì)設(shè)備的要求較高，能耗較大，且存在運(yùn)行成高、對(duì)環(huán)境影響大的缺陷；相比之下，生物預(yù)處理法能耗小，對(duì)環(huán)境友好，但存在降解效率低的缺點(diǎn)。所以，培育新型秸稈高效降解復(fù)合菌劑極為重要。秸稈的主要成分包括纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，三者相互纏繞所形成的結(jié)構(gòu)使得這些生物質(zhì)難以降解，這是將纖維素加工為燃料所面臨的唯一的、也是最為重要的障礙。 因此秸稈類生物質(zhì)的預(yù)處理是生產(chǎn)乙醇的關(guān)鍵因素，預(yù)處理的目的就是破壞或去除纖維素、半纖維素和木質(zhì)素之間的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，改進(jìn)酶與纖維素生物質(zhì)有效接觸并發(fā)生生化反應(yīng)， 提高酶水解速率和得糖率。秸稈預(yù)處理水平的提高無(wú)疑會(huì)極大的促進(jìn)燃料乙醇的生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種秸稈降解復(fù)合菌劑及其在乙醇生產(chǎn)預(yù)處理中的應(yīng)用，通過(guò)微生物協(xié)同降解實(shí)現(xiàn)對(duì)秸稈的預(yù)處理，提高了秸稈乙醇的生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)廢棄物循環(huán)再利用，節(jié)約土地資源，消除事故隱患。本發(fā)明的技術(shù)方案一種秸稈降解復(fù)合菌劑，由I號(hào)菌劑和II號(hào)菌劑混合組成，I號(hào)菌劑由黃孢原毛平革菌、芽孢桿菌和鏈霉菌中的一種或兩種以上任意比例的混合物組成，II號(hào)菌劑由木霉、 青霉、曲霉和放線菌中的一種或兩種以上任意比例的混合物組成，在I號(hào)菌劑和II號(hào)菌劑混合物中，I號(hào)菌劑所占質(zhì)量百分比為50-70%，II號(hào)菌劑為余量。
一種所述秸稈降解復(fù)合菌劑的制備方法，將各單株菌分別接種在培養(yǎng)基中，培養(yǎng)基組成蛋白胨log、酵母粉5g、NaCl 5g、蒸餾水1000ml，調(diào)節(jié)pH 7. 4，在40°C溫度條件下的搖床中，以轉(zhuǎn)數(shù)為170rpm下振蕩培養(yǎng)36-7池，然后稀釋形成菌液，使每毫升菌液中菌個(gè)數(shù)為2億個(gè)，即2億/ml，按照I號(hào)菌劑和II號(hào)菌劑的成分比例分別進(jìn)行混合，制得I號(hào)菌劑和II號(hào)菌劑，最后將I號(hào)菌劑和II號(hào)菌劑混合制得秸稈降解復(fù)合菌劑。一種所述秸稈高效降解復(fù)合菌劑在乙醇生產(chǎn)預(yù)處理中的應(yīng)用，包括以下步驟
1)將秸稈粉碎至粒徑為0. 5-0. 8cm的秸稈碎末；2)用質(zhì)量百分比濃度為0. 1-1%的氨水溶液，浸泡秸稈Μ-4 !進(jìn)行凈化處理，取出后擠壓至無(wú)水流出；3)向凈化處理后的秸稈中加入營(yíng)養(yǎng)液，制成發(fā)酵底物；4)向發(fā)酵底物中噴入秸稈高效降解復(fù)合菌劑，發(fā)酵處理2天后得到發(fā)酵產(chǎn)物，將發(fā)酵產(chǎn)物過(guò)濾，水洗至中性，即可得到用于乙醇生產(chǎn)的預(yù)處理產(chǎn)物。所述營(yíng)養(yǎng)液由硫酸錳、硫酸鎂、氯化鈣、硫酸亞鐵和水組成，各組分的重量百分比為硫酸錳0.5%、硫酸鎂0.5%、氯化鈣0. 1%、硫酸亞鐵0. 1%，其余為水，營(yíng)養(yǎng)液的pH為 7. 4。所述營(yíng)養(yǎng)液的加入量為凈化處理后的秸稈質(zhì)量的25-40%。所述秸稈降解復(fù)合菌劑與發(fā)酵底物的質(zhì)量比為1 3-7，其中復(fù)合菌劑的菌落濃度為 lX 107-7X 108cfu/mlo本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果是1.本發(fā)明采用氨水凈化處理秸稈粉末，氨水浸泡處理秸稈有助于木質(zhì)素的去除， 在處理0. 5-0. 8cm秸稈時(shí)，有效的打破了木質(zhì)素對(duì)纖維素、半纖維素的包裹作用，增加了纖維素和半纖維素的酶觸面積，提高了預(yù)處理效率；此外，用氨水處理可以為后續(xù)處理過(guò)程中的微生物生長(zhǎng)提供銨鹽類營(yíng)養(yǎng)成分。2.本發(fā)明采用微生物菌劑協(xié)同發(fā)酵降解作物秸稈，不同微生物在降解中分泌互補(bǔ)性酶，在代謝中使底物得到充分降解，從而提高工業(yè)發(fā)酵過(guò)程的效率；單一微生物發(fā)酵會(huì)有產(chǎn)酶不完全的現(xiàn)象，即所產(chǎn)生的酶是降解所需酶系統(tǒng)中的部分酶，發(fā)生降解不完全的現(xiàn)象。3.本發(fā)明所需設(shè)備簡(jiǎn)單，工藝簡(jiǎn)便，且不會(huì)造成附加的環(huán)境危害，實(shí)現(xiàn)了秸稈乙醇生產(chǎn)中的高效預(yù)處理，提高生物質(zhì)資源利用效率，解決了農(nóng)作物秸稈難于降解、再利用的難題，具有極其深遠(yuǎn)的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。


圖1為實(shí)施例1、2、3中產(chǎn)物還原糖得率變化曲線。圖2為實(shí)施例1、2、3中底物木質(zhì)素降解率變化曲線。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明通過(guò)以下實(shí)施例進(jìn)一步詳述，但本實(shí)施例所敘述的技術(shù)內(nèi)容是說(shuō)明性的， 而不是限定性的，不應(yīng)依此來(lái)局限本發(fā)明的保護(hù)范圍。以下實(shí)施例所涉及的I號(hào)菌劑中的黃孢原毛平革菌、芽孢桿菌和鏈霉菌、II號(hào)菌劑中的木霉、青霉、曲霉和放線菌的生產(chǎn)廠家為天津工業(yè)微生物研究所。
實(shí)施例1 —種秸稈高效降解復(fù)合菌劑在乙醇生產(chǎn)預(yù)處理中的應(yīng)用方法，包括以下步驟1)將稻草秸稈經(jīng)粉碎設(shè)備粉碎至粒徑0. 8cm形成秸稈碎末；2)用配置成0. 1 %的氨水溶液，將秸稈碎末浸泡其中4 凈化處理，取出后擠壓至無(wú)水流出；3)向凈化處理過(guò)的秸稈中加入其質(zhì)量40%的營(yíng)養(yǎng)液，制成發(fā)酵底物；向發(fā)酵底物中噴入木質(zhì)素降解菌和纖維素降解菌菌液，菌液與發(fā)酵底物質(zhì)量比為1 3，其中培養(yǎng)液中菌體濃度為1 X 107cfu/ml ；4)發(fā)酵處理2天得到發(fā)酵產(chǎn)物，將發(fā)酵產(chǎn)物過(guò)濾，水洗至中性，即得到預(yù)處理產(chǎn)物。該實(shí)施例中，所述營(yíng)養(yǎng)液的組分及重量比為硫酸錳0. 5%、硫酸鎂0. 5%、氯化鈣 0. 1%、硫酸亞鐵0. 1%，其余為水，pH為7.4。復(fù)合菌劑中，I號(hào)菌劑中各組分的質(zhì)量份額為黃孢原毛平革菌35份、芽孢桿菌30 份、鏈霉菌35份；II號(hào)菌劑中各組分的質(zhì)量份額為木霉30份、青霉25份、放線菌45份； 復(fù)合菌劑中I號(hào)菌劑的質(zhì)量份額為70份，II號(hào)菌劑的質(zhì)量份額為30份。所述秸稈降解復(fù)合菌劑的制備方法將各單株菌分別接種在培養(yǎng)基中，培養(yǎng)基組成蛋白胨log、酵母粉5g、NaCl 5g、蒸餾水1000ml，調(diào)節(jié)pH 7. 4，在40°C溫度條件下的搖床中，以轉(zhuǎn)數(shù)為170rpm下振蕩培養(yǎng)36_7池，然后稀釋形成菌液，使每毫升菌液中菌個(gè)數(shù)為2 億個(gè)，即2億/ml，按照I號(hào)菌劑和II號(hào)菌劑的成分比例分別進(jìn)行混合，制得I號(hào)菌劑和II 號(hào)菌劑，最后將I號(hào)菌劑和II號(hào)菌劑混合制得秸稈降解復(fù)合菌劑。圖1、圖2顯示經(jīng)過(guò)前期氨水凈化處理和之后的復(fù)合菌劑發(fā)酵，所處理底物的木質(zhì)素降解率為43%，產(chǎn)物中還原糖得率可達(dá)到53%，所述還原糖得率為產(chǎn)物中還原糖含量與底物中纖維素和半纖維素含量的比值。實(shí)施例2 —種秸稈高效降解復(fù)合菌劑在乙醇生產(chǎn)預(yù)處理中的應(yīng)用方法，包括以下步驟1)將稻草秸稈經(jīng)粉碎設(shè)備粉碎至粒徑0. 8cm形成秸稈碎末；2)用配置成0. 5%的氨水溶液，將秸稈碎末浸泡其中3 凈化處理，取出后擠壓至無(wú)水流出；3)向凈化處理過(guò)的秸稈中加入其質(zhì)量30%的營(yíng)養(yǎng)液，制成發(fā)酵底物；向發(fā)酵底物中噴入木質(zhì)素降解菌和纖維素降解菌菌液，菌液與發(fā)酵底物質(zhì)量比為1 5，其中培養(yǎng)液中菌體濃度為7X107cfu/ml ；4)發(fā)酵處理2天得到發(fā)酵產(chǎn)物，將發(fā)酵產(chǎn)物過(guò)濾，水洗至中性，即得到預(yù)處理產(chǎn)物。該實(shí)施例中，所述營(yíng)養(yǎng)液與實(shí)施例1相同。復(fù)合菌劑中，I號(hào)菌劑中各組分的質(zhì)量份額為黃孢原毛平革菌30份、芽孢桿菌35 份、鏈霉菌35份；II號(hào)菌劑中各組分的質(zhì)量份額為木霉25份、青霉25份、曲霉20份、放線菌30份；復(fù)合菌劑中I號(hào)菌劑的質(zhì)量份額為60份，II號(hào)菌劑的質(zhì)量份額為40份。所述秸稈降解復(fù)合菌劑的制備方法與實(shí)施例1相同。圖1、圖2顯示經(jīng)過(guò)前期氨水凈化處理和之后的復(fù)合菌劑發(fā)酵，所處理底物的木質(zhì)素降解率為52%，產(chǎn)物中還原糖得率可達(dá)到64%。實(shí)施例3 一種秸稈高效降解復(fù)合菌劑在乙醇生產(chǎn)預(yù)處理中的應(yīng)用方法，包括以下步驟1)將稻草秸稈經(jīng)粉碎設(shè)備粉碎至粒徑0. 5cm形成秸稈碎末；2)用配置成1. 0%的氨水溶液，將秸稈碎末浸泡其中24h凈化處理，取出后擠壓至無(wú)水流出；3)向凈化處理過(guò)的秸稈中加入其質(zhì)量25%的營(yíng)養(yǎng)液，制成發(fā)酵底物；向發(fā)酵底物中噴入木質(zhì)素降解菌和纖維素降解菌菌液，菌液與發(fā)酵底物質(zhì)量比為1 7，其中培養(yǎng)液中菌體濃度為7X108cfu/ml ；4)發(fā)酵處理2天得到發(fā)酵產(chǎn)物，將發(fā)酵產(chǎn)物過(guò)濾，水洗至中性，即得到預(yù)處理產(chǎn)物。該實(shí)施例中，所述營(yíng)養(yǎng)液與實(shí)施例1相同。復(fù)合菌劑中，I號(hào)菌劑中各組分的質(zhì)量份額為黃孢原毛平革菌40份、芽孢桿菌30 份、鏈霉菌30份；II號(hào)菌劑中各組分的質(zhì)量份額為木霉35份、曲霉25份、放線菌40份； 復(fù)合菌劑中I號(hào)菌劑的質(zhì)量份額為50份，II號(hào)菌劑的質(zhì)量份額為50份。所述秸稈降解復(fù)合菌劑的制備方法與實(shí)施例1相同。圖1、圖2顯示經(jīng)過(guò)前期氨水凈化處理和之后的復(fù)合菌劑發(fā)酵，所處理底物的木質(zhì)素降解率為58%，產(chǎn)物中還原糖得率可達(dá)到72%。
權(quán)利要求
1.一種秸稈降解復(fù)合菌劑，其特征在于由I號(hào)菌劑和II號(hào)菌劑混合組成，I號(hào)菌劑由黃孢原毛平革菌、芽孢桿菌和鏈霉菌中的一種或兩種以上任意比例的混合物組成，II號(hào)菌劑由木霉、青霉、曲霉和放線菌中的一種或兩種以上任意比例的混合物組成，在I號(hào)菌劑和 II號(hào)菌劑混合物中，I號(hào)菌劑所占質(zhì)量百分比為50-70%，II號(hào)菌劑為余量。
2.一種如權(quán)利要求1所述秸稈降解復(fù)合菌劑的制備方法，其特征在于將各單株菌分別接種在培養(yǎng)基中，培養(yǎng)基組成蛋白胨10g、酵母粉5g、NaCl 5g、蒸餾水1000ml，調(diào)節(jié)pH 7. 4，在40°C溫度條件下的搖床中，以轉(zhuǎn)數(shù)為170rpm下振蕩培養(yǎng)36-7池，然后稀釋形成菌液，使每毫升菌液中菌個(gè)數(shù)為2億個(gè)，即2億/ml，按照I號(hào)菌劑和II號(hào)菌劑的成分比例分別進(jìn)行混合，制得I號(hào)菌劑和II號(hào)菌劑，最后將I號(hào)菌劑和II號(hào)菌劑混合制得秸稈降解復(fù)合菌劑。
3.—種如權(quán)利要求1所述秸稈高效降解復(fù)合菌劑在乙醇生產(chǎn)預(yù)處理中的應(yīng)用，其特征在于包括以下步驟1)將秸稈粉碎至粒徑為0.5-0. 8cm的秸稈碎末；2)用質(zhì)量百分比濃度為0.1-1%的氨水溶液，浸泡秸稈對(duì)_4 !進(jìn)行凈化處理，取出后擠壓至無(wú)水流出；3)向凈化處理后的秸稈中加入營(yíng)養(yǎng)液，制成發(fā)酵底物；4)向發(fā)酵底物中噴入秸稈高效降解復(fù)合菌劑，發(fā)酵處理2天后得到發(fā)酵產(chǎn)物，將發(fā)酵產(chǎn)物過(guò)濾，水洗至中性，即可得到用于乙醇生產(chǎn)的預(yù)處理產(chǎn)物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述秸稈高效降解復(fù)合菌劑在乙醇生產(chǎn)預(yù)處理中的應(yīng)用，其特征在于所述營(yíng)養(yǎng)液由硫酸錳、硫酸鎂、氯化鈣、硫酸亞鐵和水組成，各組分的重量百分比為硫酸錳0. 5%、硫酸鎂0. 5%、氯化鈣0. 1 %、硫酸亞鐵0. 1 %，其余為水，營(yíng)養(yǎng)液的pH為7. 4。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述秸稈高效降解復(fù)合菌劑在乙醇生產(chǎn)預(yù)處理中的應(yīng)用，其特征在于所述營(yíng)養(yǎng)液的加入量為凈化處理后的秸稈質(zhì)量的25-40%。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述秸稈高效降解復(fù)合菌劑在乙醇生產(chǎn)預(yù)處理中的應(yīng)用，其特征在于所述秸稈降解復(fù)合菌劑與發(fā)酵底物的質(zhì)量比為1 3-7，其中復(fù)合菌劑的菌落濃度為 lX 107-7X 108cfu/mlo
全文摘要
一種秸稈降解復(fù)合菌劑，由I號(hào)菌劑和II號(hào)菌劑混合組成，I號(hào)菌劑包括黃孢原毛平革菌、芽孢桿菌和鏈霉菌，II號(hào)菌劑包括木霉、青霉、曲霉和放線菌；該秸稈高效降解復(fù)合菌劑在乙醇生產(chǎn)預(yù)處理中的應(yīng)用方法將粉碎的秸稈用氨水浸泡進(jìn)行凈化處理，加入營(yíng)養(yǎng)液，制成發(fā)酵底物，噴入秸稈高效降解復(fù)合菌劑，發(fā)酵處理2天后，過(guò)濾后水洗至中性，即可得到用于乙醇生產(chǎn)的預(yù)處理產(chǎn)物。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是采用氨水浸泡處理秸稈有助于木質(zhì)素的去除，增加纖維素和半纖維素的酶觸面積，提高預(yù)處理效率；采用微生物菌劑協(xié)同發(fā)酵降解秸稈，不同微生物在降解中分泌互補(bǔ)性酶，使底物充分降解，提高生物質(zhì)資源利用率；工藝簡(jiǎn)單、便于實(shí)施，且不會(huì)造成環(huán)境危害。
文檔編號(hào)C12N1/14GK102424808SQ201110441198
公開(kāi)日2012年4月25日 申請(qǐng)日期2011年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月26日
發(fā)明者劉樂(lè), 李維尊, 江洋, 王雁南, 鞠美庭 申請(qǐng)人:南開(kāi)大學(xué)