CN107326060A - 一种厌氧发酵玉米秸秆生产乙酸的方法 - Google Patents

一种厌氧发酵玉米秸秆生产乙酸的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107326060A
CN107326060A CN201710221953.4A CN201710221953A CN107326060A CN 107326060 A CN107326060 A CN 107326060A CN 201710221953 A CN201710221953 A CN 201710221953A CN 107326060 A CN107326060 A CN 107326060A
Authority
CN
China
Prior art keywords
acetic acid
anaerobic
coculture
maize straw
yak
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710221953.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107326060B (zh
Inventor
魏亚琴
周剑平
王治业
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Biology of Gansu Academy of Sciences
Original Assignee
Institute of Biology of Gansu Academy of Sciences
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Biology of Gansu Academy of Sciences filed Critical Institute of Biology of Gansu Academy of Sciences
Priority to CN201710221953.4A priority Critical patent/CN107326060B/zh
Publication of CN107326060A publication Critical patent/CN107326060A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107326060B publication Critical patent/CN107326060B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P39/00Processes involving microorganisms of different genera in the same process, simultaneously
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/40Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a carboxyl group including Peroxycarboxylic acids
    • C12P7/54Acetic acid

Landscapes

  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)
  • Fodder In General (AREA)

Abstract

本发明公开了一种厌氧发酵玉米秸秆生产乙酸的方法。该方法中使用的发酵菌剂是从青藏高原的甘肃天祝南泥湾牧场全放牧牦牛瘤胃液中分离的自然共存的厌氧真菌和反刍兽甲烷短杆菌(PiromycesYak TZ+M. ruminantium该共培养物该在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心的保藏编号为CGMCC No.12952。以该共培养物为菌剂对玉米秸秆进行厌氧发酵可以高效生产乙酸,7天培养期内共培养物降解玉米秸秆产生乙酸量达到49.0 mM,且发酵时间短,发酵工艺简便,具有广阔的应用开发前景。

Description

一种厌氧发酵玉米秸秆生产乙酸的方法
技术领域
本发明涉及生物技术可再生能源领域,具体为一种厌氧发酵玉米秸秆生产乙酸的方法。
背景技术
玉米是我国的主要粮食作物,播种面积广泛,每年伴随产生的秸秆数量也是非常巨大的。目前我国农村的大量玉米秸秆资源完全处于高消耗、高污染、低利用率、低产出状况,玉米秸秆作为能源物质没有得到合理开发利用。通过厌氧消化处理可将玉米秸秆进行资源再生,但现有的厌氧消化技术存在技术效率低,推广难度大的问题。
木质纤维素是玉米秸秆的主要成分,木质纤维素的水解是整个厌氧消化中的限速步骤,也是整个技术的难点。木质纤维素素生物质主要由纤维素、半纤维和木质素组成,木质素和半纤维素结合的共价键将纤维素分子包埋其中,木质素中醚键和碳-碳键形成的具有三维结构高分子芳香类化合物,这些强的键抑制水解酶的作用。因此,需要对木质纤维素进行预处理。常见的预处理木质纤维素方法有机械法、热处理法、化学处理,这些都能有效的促进厌氧消化,但这些预处理方法成本高,不环保。普通的微生物处理也存在较多缺陷,单一微生物处理效果不好,人工构件的复合菌群效果也不理想,各菌种间存在相互拮抗的表现,导致预处理时间长,转化效率低,目前尚未有完备的方案进行玉米秸秆的厌氧发酵来生产乙酸。
采用自然共存的复合微生物体系处理玉米秸秆,是一个较新也较为有效的手段,现有的研究结果显示,采用从动物瘤胃液中分离得到的厌氧真菌和产甲烷菌共培养物降解玉米秸秆来生产乙酸,取得了一定的成效,其中以玉米秸秆为底物进行厌氧发酵,乙酸的最高产量为41.96mM,以玉米芯粉为底物厌氧发酵乙酸产量为40mM,乙酸产率比较低,现有技术需要进一步改良。
发明内容
本发明的目的是客服上述技术的不足,提出一种厌氧发酵玉米秸秆生产乙酸的方法。
本发明中厌氧发酵使用的菌种,是从青藏高原的甘肃天祝南泥湾牧场全放牧牦牛瘤胃内容物中分离的自然共存的厌氧真菌和反刍兽甲烷短杆菌共培养物,PiromycesYakTZ+M. ruminantium,该共培养物该在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心的保藏编号为CGMCC No.12952,保藏日期2016年11月25日, 保藏单位地址:北京市朝阳区北辰西路1号院3号,分类名为:一株厌氧真菌Piromyces与反刍兽甲烷短杆菌(Methenobrevibacter ruminantium) 的共培养物。
本发明提供的方法,具体包括如下步骤:
(1)PiromycesYak TZ+M. ruminantium共培养物菌剂的制备
PiromycesYak TZ+M. ruminantium共培养物菌液以10 %(v/v)接种量接种到厌氧培养基中,加入1%(w/v)干燥粉碎的小麦秸秆作为底物,同时加入复合抗生素传代培养,置39℃厌氧培养72h即得到高活力菌剂。
厌氧培养基配方:酵母膏 1.0 g,蛋白胨 1.0 g,NaHCO3 7.0 g,刃天青 (1.0 g/L) 1 mL,L-半胱氨酸盐酸盐1.7 g,晨饲前采集瘤胃液8000×g,4℃离心20 min后的上清170 mL,盐溶液 I 165 mL,盐溶液 II 165 mL,蒸馏水定容至1000 mL。
盐溶液 I 包括 NaCl 6 g,(NH4)2SO4 3 g ,KH2PO4 3 g ,CaCl2·2H2O 0.4 g,MgSO4·2H2O 0.6 g,蒸馏水定容至1000 mL。
盐溶液 II 包括4 gK2HPO4,蒸馏水定容至1000 mL。
加入秸秆底物后除氧。高温高压灭菌。
作为优选,复合抗生素为青霉素钠和硫酸链霉素,在厌氧培养基的终浓度分别为1600 IU/mL和2000 IU/mL。
(2)玉米秸秆发酵生产乙酸
吸取步骤(1)制备的菌剂,按10%(v/v)接种量接入以1%(w/v)玉米秸秆为底物的与步骤(1)相同的厌氧培养基中,同时加入复合抗生素,39°C厌氧培养7天。
作为优选,复合抗生素为青霉素钠和硫酸链霉素,在厌氧培养基的终浓度分别为1600 IU/mL和2000 IU/mL。
本发明中采用的厌氧真菌和反刍兽甲烷短杆菌共培养物PiromycesYak TZ+M. ruminantium是从全放牧牦牛瘤胃液中分离获得的,长期的自然选择和进化使牦牛瘤胃成为一个高效木质纤维素降解酶系统,与人为混合的厌氧真菌和甲烷菌共培养物相比,牦牛瘤胃自然存在的厌氧真菌和甲烷菌共培养物具有独特优势和高效的木质纤维素降解能力。采用PiromycesYak TZ+M. ruminantium发酵玉米秸秆,7天厌氧培养期内产乙酸量可达到49.0 mM。
在发酵过程中添加复合抗生素,可防止共培养物体系不受细菌污染,提高厌氧发酵效率。同时,本发明中采用的共培养物可以通过保藏在体外存活传代,发酵玉米秸秆可产生大量高浓度乙酸,且发酵工艺简单,对设备要求低,便于推广,在工业领域具有重要工业应用价值和开发前景。
通过天祝放牧牦牛瘤胃厌氧真菌和产甲烷菌共培养物厌氧发酵玉米秸秆可产生大量乙酸,可进一步提高玉米秸秆的使用率,显著提高经济效益。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明,均为常规方法。
下述实施例中所使用的材料、试剂等,如无特殊说明,均可从商业途径得到。
下述实施例中所使用的培养基如下:
厌氧培养基配方:酵母膏 1.0 g,蛋白胨 1.0 g,NaHCO3 7.0 g,刃天青 (1.0 g/L) 1mL,L-半胱氨酸盐酸盐1.7 g,晨饲前采集瘤胃液8000×g,4℃离心20 min后的上清170 mL,盐溶液I 165 mL,盐溶液II 165 mL,蒸馏水定容至1000 mL。
盐溶液 I 包括 NaCl 6 g,(NH4)2SO4 3 g ,KH2PO4 3 g ,CaCl2·2H2O 0.4 g,MgSO4·2H2O 0.6 g,蒸馏水定容至1000 mL。
盐溶液 II 包括4 gK2HPO4,蒸馏水定容至1000 mL。
加入不同的秸秆底物后除氧。高温高压灭菌。
实施例一、PiromycesYak TZ+M. ruminantium菌剂的制备。
吸取1mL PiromycesYak TZ+M. ruminantium共培养物接种到20 mL体积的亨氏厌氧管中的9 mL以风干粉碎的小麦秸秆为底物的厌氧培养基中,同时加入复合抗生素,使其在厌氧培养基溶液的终浓度为青霉素1600 IU/mL和硫酸链霉素2000 IU/mL。39℃厌氧培养72h,即达到生长高峰,此时发酵液为高活力菌剂。
实施例二、厌氧发酵玉米秸秆生产乙酸。
在100 mL体积厌氧发酵瓶中盛45 mL液体基本培养基,以0.5 g粉碎风干后的玉米秸秆为底物。除氧。灭菌。把传代培养72 h 的PiromycesYak TZ+M. ruminantium共培养物用无菌注射器吸取5 mL接种到上述加有玉米秸秆的厌氧培养基中,同时加入复合抗生素,使其在厌氧培养基溶液的终浓度为青霉素1600 IU/mL和硫酸链霉素2000 IU/mL,39 °C厌氧培养7天。共设置3个平行实验,隔24 h测定发酵液中的乙酸量。
测定方法为:共培养发酵液在4 ℃,10000×g离心10 min后取上清测乙酸。标准品乙酸溶于超纯水作浓度梯度标准曲线。仪器测定条件为高效液相色谱仪(HPLC,Agilent1200,USA)配置色谱柱(ShodexRspak KC-811S-DVB gel col column 300×8 mm),检测器SPD-M10AVP。测定条件是:柱温50℃,检测波长210 nm,流动相3 mM 高氯酸,流速1mL/min,进样量5 uL。
实验结果显示,共培养物PiromycesYak TZ+M. ruminantium高效降解玉米秸秆的同时产生大量乙酸,具体结果如下表:
厌氧发酵时间(天) 2 3 4 5 6 7
乙酸生成量(mM) 15.7 C 22.2 C 29.6 b 36.0 b 43.1a 49.0 a
a b表示统计学差异性 (p< 0.05).
共培养物PiromycesYak TZ+M. ruminantium在7天内降解玉米秸秆产生的乙酸量达到最高值为:49.0 mM。
通过以上实施例我们可以看到,牦牛瘤胃自然共培养物PiromycesYak TZ+M. ruminantium共培养物降解玉米秸秆的同时产生大量乙酸,在工业领域具有重要工业应用价值和开发前景。
<110> 甘肃省科学院生物研究所
<120> 一种厌氧发酵玉米秸秆生产乙酸的方法
<160> 2
<210> 1
<211> 394
<212> DNA
<213> Piromyces Yak TZ
<400> 1
gtaccgattg aatggcttag tgaatccttc ggattggcta tttttttctg gcaacagaat 60
taaactgcta aaaagttggg caaacttggt catttagagg aagtaaaagt cgtaacaagg 120
tttccgtagg tgaacctgcg gaaggatcat taaaaaattg gagtgccgtt gttttggtca 180
ttattaatca tcctaccctt tgtgaatttg ttttgtgtaa taattttttt tgtctatccc 240
tgaagaagta gatattactt ttttttaggg aatagatttt aataattttt tcagtgaaaa 300
gaccattttt ttaaattaaa cattggtatt catttgtcta aattgtattt ttaataatta 360
aaaacaacct ttgacaatgg atctcgcacc tact 394
<210> 2
<211> 1263
<212> DNA
<213> M.ruminantium
<400> 2
gctcagtaac acgtggataa cctaccctta ggaccgggat aaccttggga aactgaggat 60
aatactggat aggcaatttt tcctgtaatg gttctttgtt taaatgtttt ttcgcctaag 120
gatgggtctg cggccgatta ggtagttggt taggtaatgg cttaccaagc cgttgatcgg 180
tacgggttgt gagagcaaga gcccggagat ggaacctgag acaaggttcc aggccctacg 240
gggcgcagca ggcgcgaaac ctccgcaatg tgagaaatcg cgacgggggg atcccaagtg 300
ccattcttaa cgggatggct tttcattagt gtaaaaagct tttggaataa gagctgggca 360
agaccggtgc cagccgccgc ggtaacaccg gcagctctag tggtagcaac ttttattggg 420
cctaaagcgt ccgtagccgg tttaataagt ctctggtgaa atcctgtagc ttaactgtgg 480
gaattgctgg agatactatt agacttgaga ccgggagagg ttggaggtac tcccagggta 540
gaggtgaaat tctgtaatcc tgggaggacc gcctgttgcg aaggcgtcta actggaacgg 600
ttctgacggt gagggacgaa agttaggggc gcgaaccgga ttagataccc gggtagtcct 660
aactgtaaac gatgcggact tggtgttggg gtggctttga gctgctccag tgccgaaggg 720
aagctgttaa gtccgccgcc tgggaagtac ggtcgcaaga ctgaaactta aaggaattgg 780
cgggggggca ccacaacgcg tggagcctgc ggtttaattg gattcaacgc cggacgtctc 840
accagaggcg acagctgtat gatagccagg ttgatgactt tgcttgacta gctgagagga 900
ggtgcatggc cgccgtcagc tcgtaccgtg aggcgtcctg ttaagtcagg caacgagcga 960
gacccacgcc cttagttacc agcttgtcct ttttttggat gatgggcaca ctaaggggac 1020
cgcctatgat aaataggagg aaggagtgga cgacggtagg tccgtatgcc ccgaatcctc 1080
tgggcaacac gcgggctaca atggctgaga caatgggttc cgacaccgaa aggtggaggt 1140
aatcctctaa acttagtcgt agttcggatt gaggactgta actcgttctc atgaagctgg 1200
aatgcgtagt aatcgcgtat cactattgcg cggtgaatac gtccctgctc cttgcacaca 1260
tcg 1263

Claims (3)

1.一种厌氧发酵玉米秸秆生产乙酸的方法,其特征在于厌氧发酵使用的菌种是厌氧真菌和反刍兽甲烷短杆菌共培养物PiromycesYak TZ+M. ruminantium,该共培养物该在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心的保藏编号为CGMCC No.12952。
2.根据权利要求1所述的生产乙酸的方法,其特征在于包括如下步骤:
(1)共培养物菌剂的制备:以10%(v/v)接种量向以1%(w/v)小麦秸秆为底物的厌氧培养及中接入PiromycesYak TZ+M. ruminantium共培养物,加入复合抗生素, 39℃厌氧培养72h;
(2)生产乙酸:吸取步骤(1)所得菌剂,以10%(v/v)接种量接入以1%(w/v)玉米秸秆为底物的厌氧培养基中,加入复合抗生素,39°C厌氧培养7天。
3.根据权利要求2所述的生产乙酸的方法,其特征在于加入的复合抗生素为青霉素钠和硫酸链霉素,在厌氧培养基的终浓度分别为1600 IU/mL和2000 IU/mL。
CN201710221953.4A 2017-04-06 2017-04-06 一种厌氧发酵玉米秸秆生产乙酸的方法 Active CN107326060B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710221953.4A CN107326060B (zh) 2017-04-06 2017-04-06 一种厌氧发酵玉米秸秆生产乙酸的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710221953.4A CN107326060B (zh) 2017-04-06 2017-04-06 一种厌氧发酵玉米秸秆生产乙酸的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107326060A true CN107326060A (zh) 2017-11-07
CN107326060B CN107326060B (zh) 2019-06-11

Family

ID=60193461

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710221953.4A Active CN107326060B (zh) 2017-04-06 2017-04-06 一种厌氧发酵玉米秸秆生产乙酸的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107326060B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112553284A (zh) * 2020-12-30 2021-03-26 甘肃省科学院生物研究所 一种自然共生的混合培养物降解粗饲料生产柠檬酸的方法
CN112553127A (zh) * 2020-12-30 2021-03-26 甘肃省科学院生物研究所 一种自然共生的混合培养物及其降解秸秆生产香豆酸酯酶的方法
CN112553089A (zh) * 2020-12-30 2021-03-26 甘肃省科学院生物研究所 筛选有效降解木质纤维素的厌氧真菌的简易培养基

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101481676A (zh) * 2009-01-19 2009-07-15 农业部沼气科学研究所 一种复合菌的制作方法
CN106087089A (zh) * 2016-08-18 2016-11-09 吉林中之林农业科技有限公司 一种微生物共培养预处理玉米秸秆制备粘胶纤维的系统

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101481676A (zh) * 2009-01-19 2009-07-15 农业部沼气科学研究所 一种复合菌的制作方法
CN106087089A (zh) * 2016-08-18 2016-11-09 吉林中之林农业科技有限公司 一种微生物共培养预处理玉米秸秆制备粘胶纤维的系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
魏亚琴: "牦牛瘤胃厌氧真菌与甲烷菌共培养物的多样性及其纤维降解特性研究", 《中国博士学位论文全文数据库 农业科技辑 》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112553284A (zh) * 2020-12-30 2021-03-26 甘肃省科学院生物研究所 一种自然共生的混合培养物降解粗饲料生产柠檬酸的方法
CN112553127A (zh) * 2020-12-30 2021-03-26 甘肃省科学院生物研究所 一种自然共生的混合培养物及其降解秸秆生产香豆酸酯酶的方法
CN112553089A (zh) * 2020-12-30 2021-03-26 甘肃省科学院生物研究所 筛选有效降解木质纤维素的厌氧真菌的简易培养基
CN112553284B (zh) * 2020-12-30 2021-12-14 甘肃省科学院生物研究所 一种自然共生的混合培养物降解粗饲料生产柠檬酸的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN107326060B (zh) 2019-06-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chen Modern solid state fermentation
CN107130001B (zh) 一种共培养物及其发酵小麦秸秆产甲烷的方法
Kolasa et al. Co-cultivation of Trichoderma reesei RutC30 with three black Aspergillus strains facilitates efficient hydrolysis of pretreated wheat straw and shows promises for on-site enzyme production
Julia et al. Potential use of soybean hulls and waste paper as supports in SSF for cellulase production by Aspergillus niger
CN105754881B (zh) 一种可降解木质素的白囊耙齿菌及其应用
CN106834141B (zh) 一种厌氧真菌及用其发酵水稻秸秆生产甲酸的方法
CN106834140B (zh) 一种厌氧真菌及用其发酵小麦秸秆生产乙醇的方法
CN106987572B (zh) 一种厌氧发酵玉米秸秆生产木聚糖酶的方法
CN112553284B (zh) 一种自然共生的混合培养物降解粗饲料生产柠檬酸的方法
CN107326060B (zh) 一种厌氧发酵玉米秸秆生产乙酸的方法
Wang et al. Immobilization of cold-active cellulase from antarctic bacterium and its use for kelp cellulose ethanol fermentation
CN109666605B (zh) 一种人工菌群的纤维素生物转化方法
CN103911315B (zh) 一株产褐藻胶裂解酶的菌株及其应用
CN103352016B (zh) 利用Alteromonas colwelliana A321发酵浒苔制备生物肥
CN101475914A (zh) 一种循环利用重组酿酒酵母生产低聚半乳糖的方法
CN100999750B (zh) 一种微生物细胞生物转化对羟基苯甲醇合成天麻素的方法
CN103740675B (zh) 一种纤维素酶的生产方法
CN104845889A (zh) 一种液态或固态瘤胃功能菌剂的制备方法及应用
CN110283870A (zh) 一种双菌株混合固态发酵玉米秸秆的方法
CN107641602B (zh) 一株产朊假丝酵母及其在发酵产蛋白中的应用
CN106929425B (zh) 一种耐高温酸性嗜热子囊菌纤维素酶、其制备方法和应用
CN110592047B (zh) 一种梨囊鞭菌发酵秸秆生产阿魏酸酯酶的新方法和应用
Chen et al. Biotechnology principles of solid state fermentation
CN105002128B (zh) 一种耐高浓度乙酸的运动发酵单胞菌及其应用
CN110592149B (zh) 一种梨囊鞭菌发酵秸秆生产乳酸的新方法和应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
OL01 Intention to license declared
OL01 Intention to license declared