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微生物降解木质素的研究

发布时间:2019-03-29所属分类:农业论文浏览:1

摘要:随着能源不断枯竭,开发新能源迫在眉睫,自然界中木质素储量丰富,但由于其结构稳定难以降解,目前没有得到有效利用,微生物在木质素分解的各个环节都能发挥作用,通过对微生物分解木质素机理的研究,找到能够快速有效分解木质素的微生物成为目前研究

  摘要:随着能源不断枯竭,开发新能源迫在眉睫,自然界中木质素储量丰富,但由于其结构稳定难以降解,目前没有得到有效利用,微生物在木质素分解的各个环节都能发挥作用,通过对微生物分解木质素机理的研究,找到能够快速有效分解木质素的微生物成为目前研究的热点。

  关键词:微生物,木质素,降解,乙醇

南方农业

  世界上目前使用最主要的能源是化石能源,但其储量逐渐减少,且具有不可再生性,新能源的开发迫在眉睫。目前生物燃料的开发得到了各国政府的高度重视和支持。科技工作者通过研究,取得了一定的成果。生物能源的开发分为3个阶段:第一代生物能源主要采用粮食作物为原料生产乙醇,但由于存在与人争粮的问题,发展受到局限;第二代生物能源以木薯、甜高粱和纤维素等非粮作物为原料,利用纤维素生产乙醇有利于发展循环经济;第三代生物燃料以木质素为原料生产乙醇,具有广阔的发展前景。

  1木质素简介

  木质素是一种生物大分子,在自然界中储量非常丰富,其含量仅次于纤维素,并且具有可再生性,每年产量约600万亿吨,是一种丰富的原料来源。同时在造纸工业中木质素是纸浆造纸废水中的主要污染物,因此,发展以木质素为原料生产生物乙醇技术,对于环境和经济两方面都能起到积极的促进作用[1]。

  虽然以木质素为原料生产乙醇具有诸多优势,但技术难点在于木质素在植物中起支撑和强化结构的作用,因此很难被直接水解或酶解,降解木质素是制备木质素乙醇目前最大的障碍,现有的技术还难以达到大规模工业生产的要求,亟需开发新的方法对木质素进行有效的降解。

  2木质素的结构

  木质素的基本结构有3种:1)愈创木基丙烷,2)紫丁香基丙烷,3)对羟苯基丙烷。这3种结构通过醚键和C-C键连接在一起,形成三维结构的无规聚合物[2],目前没有明确的方法能够检测出木质素的天然结构,只能通过实验研究模拟出一些木质素的基础结构模型。木质素由于其结构对酶的水解作用有抗性,降解所需的周期长,是公认的微生物难降解的芳香族化合物之一,使其使用收到局限,难以用于大规模工业化生产[3]。

  3木质素降解微生物的种类

  在木质素降解的过程中,各种微生物菌能发挥一定作用,其中真菌的起到主要作用,细菌也能起到一定作用,可以使木质素变性,从坚固的结构转化为可溶性的聚合物状态,进而容易被降解转化[4]。张金萍等发现的灵芝属某些菌种对木质素有较好的降解能力[5]。

  以上两种微生物联合使用降解作用增强,其中真菌的主要菌种有3个:软腐菌、褐腐菌和白腐菌。应用前景好且降解能力强的是白腐菌;有降解作用的细菌主要有厌氧梭菌、不动杆菌属、黄杆菌属、微球菌属等。降解能力最强的是放线菌,如属于链霉菌的丝状细菌降解可达20%[6]。

  4应用前景分析

  4.1秸秆发酵产酒精

  以秸秆为原料生产燃料乙醇在解决能源短缺问题上有重要的意义,如何实现可再生植物纤维资源高效利用与转化,是我国能源、环境以及实现循环经济的迫切要求。秸秆中的主要成分是纤维素、半纤维素和木质素,相互紧密结合形成天然稳定的结构,在常态下很难被分解,这是木质纤维材料综合利用的关键[7]。微生物降解处理木质素相对于化学法来说是一种更为安全、无公害的方法,也是目前国内外的研究热点[8]。

  4.2减少造纸污染

  在造纸工业中由制浆工段中排出大量含有木质素的工业废水,造成严重的环境污染,目前以发现白腐菌对制浆黑液中的不溶性的硫酸盐木质素有很好的降解能力,而且将白腐菌作用于纸浆中,可有效去除纸浆中残余的木质素,同时达到减少漂白剂的用量、减轻毒性有机物对环境污染的目的,减少漂白废水的产生,降低水体中木质素污染及有机氯的污染,微生物降解木质素的研究对造纸工业的污染问题有重大的研究价值。

  参考文献:

  [1]王敏.白腐菌降解木质素研究进展[J].衡水学报,2011,13(1):51-53.

  [2]王文明.微生物降解秸秆原理简析[J].南方农业,2018,12(4):38-40.

  [3]张来丽,李刚,毛润乾.白蚁肠道微生物降解木质素研究进展[J].湖北农业科学,2011(3):433-436.

  [4]付春霞,付云霞,邱忠平,等.木质素生物降解的研究进展[J].浙江农业学报,2014,26(4):1139-1144.

  [5]张金萍,王敬文,姜景民,等.灵芝属木质素降解高效菌株筛选[J].林业科学研究,2005,18(1):106-108.

  [6]张鹏飞,李素艳,余克非,等.木质素降解细菌的筛选及园林废弃物降解研究[J].安徽农业大学学报,2018,45(4):676-681.

  [7]陈昕,姜成浩,罗安程.秸秆微生物降解机理研究[J].安徽农业科学,2013(23):9728-9731.

  [8]王文明.微生物降解秸秆原理简析[J].南方农业,2018,12(4):38-40.

  农业类刊物推荐:《南方农业》(月刊)创刊于2006年,是由重庆市农业委员会主管,重庆市农业科学院主办的农业学术刊物。本刊虽非中文核心期刊,但提倡学术办刊,保持刊物的严谨性和刊载内容的科学性。

  

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