CN104031847B - 一种降解非木纤维木质素的复合菌剂及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种降解非木纤维类物质的复合菌剂及制备方法，其特征在于，包括：烟曲霉、产黄青霉和普通青霉菌接种培养，接种比例为烟曲霉:产黄青霉:普通青霉菌=0.5~2:3~5:15~17，混合培养降解芦苇木质素。本发明通过混合培养菌种，菌种之间存在互补和协同作用，在有效的时间内提高转化率，可以很大地提高降解芦苇木质素的效率。

Description

一种降解非木纤维木质素的复合菌剂及制备方法

技术领域

本发明涉及一种降解非木纤维木质素的复合菌剂及制备方法，具体地说，是一种用于芦苇、竹子、稻草等造纸原料的木质素快速降解菌剂，本发明涉及所述的降解木质素复合菌剂的方法及其应用。

背景技术

非木纤维指的就是除木材以外的造纸原料，有竹子、芦苇、甘蔗、稻草和废纸，以内蒙古乌梁素海富产的芦苇为例，芦苇是一种水生或湿生的多年生禾本科植物，多在沟渠、沼泽、河溪等多水地区生长，在我国分布广泛，在内蒙古乌梁素海，芦苇面积已达120平方公里，占全湖面积的2/5，刈割产量达到10万吨，芦苇含纤维素44%，仅次于棉、麻，与木材相仿，是理想的制浆造纸原料。

木质素是自然界中仅次于纤维素含量的一类生物大分子，广泛存在于植物的细胞壁中，是一个具有稳定且复杂结构的聚合体，结构极其复杂，难以降解。因此，如何降解木质素，使其原料得以利用已成为人们研究的热点。传统的制浆方法不仅消耗了大量的化学药品和能耗，而且产生的废液还对环境造成严重的污染。采用微生物降解木质素是一种既节约又无污染的制浆方法。

目前，研究混合菌种降解木质素的较多，但是微生物各有不同，因此，怎样能选育出高效降解木质素的混合菌种是不可预见的。而且找到一种高效降解混合菌对于生物制浆是非常重要的。

发明内容

本发明针对造纸原料中木质素难降解、时间长、效率低等问题，我们提供一种高效的降解木质素复合菌剂，提高木质素降解的效率。

本发明从腐朽的树木上、土壤中筛选得到降解木质素效率较高的菌株，烟曲霉、产黄青霉菌和普通青霉菌，经过混合方式、混合比例等优化得到一种降解木质素较好的复合菌种，以便更好地降解芦苇中的木质素。

一种降解非木纤维类物质木质素的复合菌剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)液体培养：分别挑取烟曲霉、产黄青霉菌和普通青霉菌三种菌4-5环接种于200mL的液体培养基中，30℃、170rpm条件下摇床培养3天，再将培养后的种子液按5%的接种量接种于PDA培养基中，培养基为：土豆200g/L，葡萄糖20 g/L，蛋白胨5g/L，硫酸镁1.5 g/L，磷酸二氢钾3 g/L，定容至1L；然后在30℃、170rpm条件下摇床培养3天，以到达对数生长时期。

(2)混合复配方式：将烟曲霉菌编号为A、产黄青霉菌编号为B、普通青霉菌编号为C。进行三种菌混合，配置200mLPDA培养基于500mL三角瓶中，用接种环分别挑去A，B，C三种菌种各3-5环接种于培养基中，培养3天之后，按照A:B:C=0.5~2:3~5:15~17的比例接种于液体PDA培养基中，30℃、170rpm摇床培养，即得到用于降解木质素的复合菌。

(3)所述复合菌群以降解芦苇木质素为例，取10g已灭菌的芦苇放入200mL的复合菌液中进行降解。

一种降解非木纤维类物质的复合菌剂，由上述制备方法制得。

所述步骤(3)中芦苇来自于内蒙古乌梁素海。本发明主要是以造纸原料芦苇中木质素降解为例开发的混合降解菌，为了更好地研究复合降解菌对芦苇木质素的降解情况，我们采用灭菌的芦苇。灭菌的芦苇：称取一定使用量的芦苇，在0.15MPa，121℃的灭菌锅中灭菌20min。

本发明的优点：现在，混合菌降解木质素的研究也比较多，但是降解率多在60%以下，也有混合菌的降解能达到68%，但是降解的是稻草而且处理时间较长为13天。还有研究表明菌种可以降解木质素培养基达80%以上，作为培养基的木质素和制浆原料是有很大区别的，而且时间也在9天。本发明的混合菌种在8天内即可使木质素降解达到67%以上，制浆所需的纤维素的降解确很少。这符合生物制浆对降解微生物的要求。

在自然界中，降解木质纤维素的微生物存在很广泛，但是降解木质素的微生物主要以真菌为主，另外还有部分细菌。混合菌发酵比单菌更快、更有效。原因在于混合菌株之间存在着协同作用，菌株的胞外分泌物中有些可以看成一种信息化学物质，它能影响其他菌株的生长及功能，进而影响整个群落的结构，这样可以提高底物的转化率，同时还存在着多级之间的转化。混合菌发酵还能克服木质素降解产生与其活性之间的问题。在混合菌种的发酵体系中，在一定的时间之内，木质素降解酶的产生不会受抑制，酶的活性也不会受抑制，反而失活的酶还可以被再次的激活。由于各个不同菌株之间的互补和协同作用，它们联合作用对木质素有很好的降解效率，所以，筛选得到高效降解木质素混合菌种将在造纸行业具有重要的意义。

附图说明

图1为实施例1中单菌、两种菌和三种菌降解芦苇木质素的情况图，对照为培养基浸泡；

图2为实施例2中三种菌液加入量与培养基不同比例状态下降解芦苇木质素的情况图；

图3为实施例3中三种菌不同比例混合降解芦苇木质素的情况图；

图4为实施例3中混合菌与白腐菌和康氏木霉的混合对木质素和纤维素的降解情况图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明，但本发明要求保护的范围并不局限于实验例表述的范围。

实施例1：

将烟曲霉编号为A、产黄青霉编号为B、普通青霉编号为C。配置300mLPDA培养基于500mL三角瓶中，用接种环分别挑去A，B，C三种菌种各3-5环，单菌培养，两种菌和三种菌都按照（菌液体积比）为1:1和1:1:1的比例接种于液体PDA培养基中，30℃、170rpm摇床培养，培养三天之后，将10g灭菌的芦苇放入其中，每两天取一次样，测量木质素含量，如图1所示。从图1可知，单种菌降解效果最好的是B菌，降解率为38.8%，两种菌降解效果最好的的是BC组合，降解率为43.02%，ABC三种菌对芦苇木质素降解效果最好，降解率达到57.59%，三种菌混合降解芦苇木质素明显优于单菌降解和两种菌混合降解芦苇木质素。

实施例2：

将烟曲霉编号为A、产黄青霉编号为B、普通青霉编号为C。配置300mLPDA培养基于500mL三角瓶中，用接种环分别挑去A，B，C三种菌种各3-5环，培养三天后，按照（菌液体积比）A:B:C=1:1:1的比例接种10 mL于不同量(100mL、150 mL、200 mL、250 mL、300 mL)液体PDA培养基中，30℃、170rpm摇床培养，培养三天之后，将10g灭菌的芦苇放入其中，每两天取一次样，测量木质素含量，如图2所示。从图2可知，菌液为200mL时，降解效果最好，且在第十天降解效果最好，木质素含量为13.55%，降解率58.41%。

实施例3：

将烟曲霉编号为A、产黄青霉编号为B、普通青霉编号为C。配置200mLPDA培养基于500mL三角瓶中，用接种环分别挑去A，B，C三种菌种各3-5环，培养三天后，在BC混合比例为1:4（菌液体积比）的基础之上，再与A按照不同的混合比例（菌液体积比：1:1、1:2、1:3、1:4、1:5）接种于200 mL液体PDA培养基中，30℃、170rpm摇床培养，培养三天之后，将10g灭菌的芦苇放入其中，每两天取一次样，测量木质素含量，如图3所示。从图3可知，在BC菌混合比例1：4的基础之上，对ABC三种菌进行混合比例优化，ABC混合菌种体积比例为A：B：C=1：4：16且在第8d时，降解效果最好，木质素含量为10.66% ，降解率为67.27%。

虽然， 已经用一般性说明及具体实施方案对本发明做了详细的叙述，但在本发明基础之上，可以做些修改或者改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础之上所做的这些修饰或者改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (2)

1.一种降解非木纤维木质素的复合菌剂，其特征在于，包括：烟曲霉（Aspergillus fumigatus）、产黄青霉（Penicillium chrysogenum）和普通青霉菌(Penicillium commune)，所述烟曲霉（Aspergillus fumigatus）：产黄青霉（Penicillium chrysogenum）：普通青霉菌(Penicillium commune)的比例为0.5~2:3~5:15~17。

2.根据权利要求1所述的菌剂，其特征在于：烟曲霉（Aspergillus fumigatus）：产黄青霉（Penicillium chrysogenum）：普通青霉菌(Penicillium commune)的比例为1：4：16。