专利名称：一种利用菌群降解的玉米秸秆物理预处理发酵工艺的制作方法近年来，随着人们对环境保护的日益关注，秸杆的处理与利用备受重视。无论在农业领域还是在能源工业领域，目前研究遇到的主要问题是秸杆的利用效率和环境污染与环境保护之间的矛盾问题。农业领域的秸杆还田虽然激活了土壤中纤维素降解菌群，使得土壤的纤维素酶活性明显提高，但污染环境效应明显。能源领域中纤维素酶的开发虽然能够提高秸杆的降解效率但是纤维素酶产量甚微，成本太高；纤维素乙醇、甲烷等能源物质的开发从某种程度上解决了能源短缺的问题，但是大量温室气体的排放也危害着全球气候。 目前，秸杆的利用主要适用于饲料和造纸行业，在造纸行业秸杆的预处理始终是难以攻克的难题，生物处理法效率低、成本高，化学处理法需要酸、碱，会有大量的剩余酸、碱的产生，增加处理成本，不达标排放会严重污染环境。如何降低预处理成本减少环境污染，是本发明的主要目的。本发明可以从根本上解决秸杆利用的环境和经济效益问题使二者有机的结合，形成一套物理预处理秸杆——生物降解秸杆的工艺体系。本发明在已有研究的基础上对降解秸杆的微生物资源进行整合，利用本实验室已经驯化得到的能够高效降解秸杆的微生物菌群发酵处理恒温法预处理的玉米秸杆，使还原糖量及玉米秸杆的木质结构得到明显改变，具有一定的经济效益和环境效益。
本发明的主要目的是针对上述存在问题，提供一种可降低预处理成本和减少环境污染的利用菌群降解的玉米秸杆物理预处理发酵工艺。本发明的技术方案一种苏云金芽抱杆菌(Bacillus thuringiensis) (HM770098. I),已于 2011 年 12月I号保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，地址北京市朝阳区北辰西路I号院3号，保藏编号为CGMCC No. 5542。一种幾产喊菌(Alcaligenes faecalis) (GQ856253. I)，已于 2011 年 12 月 7 号保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，地址北京市朝阳区北辰西路I号院3号，保藏编号为CGMCC No. 5543。一种蜡状芽孢杆菌(Bacillus cereus) (JF833090. I)，已于 2011 年 12 月 7 号保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，地址北京市朝阳区北辰西路I号院3号，保藏编号为CGMCC No. 5544。一种纤维微杆菌(Cellulosimicrobium sp. 0707K4-3) (HM222665. I),已于 2011年12月7号保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，地址北京市朝阳区北辰西路I号院3号，保藏编号为=CGMCC No. 5545。一种利用所述菌群降解的玉米秸杆物理预处理发酵工艺，步骤如下I)将玉米秸杆粉碎过筛，粒径40目；2)将粉碎后的玉米秸杆进行恒温预处理，恒温温度为80°C，恒温时间为120min ；3)将预处理后的玉米秸杆粉碎料加入菌群悬液进行发酵，菌群包括苏云金芽孢杆菌、粪产碱菌、蜡状芽孢杆菌和纤维微杆菌，菌群悬液为无菌生理盐水配制的菌群溶液。所述加入菌群进行发酵的工艺条件发酵温度为37°C，并连续恒温振荡发酵7天。所述菌群中苏云金芽孢杆菌、粪产碱菌、蜡状芽孢杆菌和纤维微杆菌的数量比为1:1:1: I，菌群悬液的浓度为5 X IO7个/mL。本发明的优点是本工艺对玉米秸杆进行恒温预处理，以处理前后纤维素含量的相对提升率、木质素和半纤维素的相对脱除率为指标，结合扫描电镜观察，得到最佳的预处理工艺条件组合为80°C作用120min，预处理后经微生物发酵得到对5号菌群最优发酵温度37°C，恒温振荡7天。该工艺能够促使玉米秸杆的微生物降解，减少了化学预处理环节的环境污染，可广泛应用于降解玉米秸杆发酵、造纸等工业领域。图I为未预处理的玉米秸杆样品电镜扫描图。
图2为恒温加热80°C 120min预处理后的玉米秸杆样品电镜扫描图。图3为5号菌群发酵预处理后玉米秸杆电镜图片。

I未处理含量-预处理后含量
三素含量提升(脱除)率=_ X100%
未处理含
9
恒温加热法预处理前后玉米秸杆组分含量计算结果见表I。表I
纤维素(％)~木质素(％ )~ 半纤维素(％)预处理前22. 1736.4812.92
恒温加热(80°C，120min)预处理后40. 6811. 6030. 52从表I可以看出玉米秸杆经恒温加热法80°C，120min的条件下纤维素量从22. 17提高至Ij 40. 68%，半纤维素从12. 92提高到了 30. 52，而木质素也从36. 48降低到
11.6%，与未经预处理的秸杆相比，预处理后的秸杆纤维素和半纤维素含量得到明显提升，更有利于微生物降解和利用。利用扫描电子显微镜(SEM)观察、分析预处理前后秸杆木质成分的结构变化。图I为未预处理的玉米秸杆样品电镜扫描图，图2为恒温加热80°C 120min预处理后的玉米秸杆样品电镜扫描图。扫描电镜观察显示玉米秸杆在预处理前后和微生物发酵后电镜下秸杆的木质素得到明显改变。2)纤维素降解菌群直接降解未处理玉米秸杆粉试验将秸杆粉碎过筛(40目)，将5号菌群按4%接种量分别接种到秸杆粉(40目)作为唯一碳源的液态培养基(成分见表2)中，设定摇床转速120r/min，37°C进行震荡培养7天，每隔24h测取样以DNS法测定还原糖量，设置两个平行样，每个样重复测定3次，取测定值的平均值。检测结果显示5号菌群还原糖最高产量为2. 55% (mg/ml)。3)纤维素降解菌群降解预处理后玉米秸杆粉试验将秸杆粉碎过筛(40目)，并用本发明提到的与处理方法进行预处理，将5号纤维素降解菌群按4%接种量分别接种到以本发明设计的与处理方法与处理后的秸杆粉(40目)作为唯一碳源的液态培养基(成分见表2)中，摇床转速120r/min，37°C震荡培养7天，每组试验三个重复，每隔24h测取样以DNS法测定秸杆降解的还原糖产生量，取三个平行样的均值；发酵结束扫描电镜观察秸杆的降解情况。检测结果显示5号菌群发酵恒温加热预处理的秸杆材料，最高产糖量为9. 54%


一种利用菌群降解的玉米秸秆物理预处理发酵工艺，步骤如下1)将玉米秸秆粉碎过筛，粒径40目；2)将粉碎后的玉米秸秆进行恒温预处理，恒温温度为80℃，恒温时间为120min；3)将预处理后的玉米秸秆粉碎料加入菌群悬液进行发酵，菌群包括苏云金芽孢杆菌、粪产碱菌、蜡状芽孢杆菌和纤维微杆菌。本发明的优点是本工艺对玉米秸秆进行恒温预处理，以处理前后纤维素含量的相对提升率、木质素和半纤维素的相对脱除率为指标，结合扫描电镜观察，得到最佳预处理工艺条件，预处理后经菌群发酵得到最优发酵工艺条件。该工艺能够促使玉米秸秆的微生物降解，减少化学预处理环节的环境污染，可广泛应用于降解玉米秸秆发酵、造纸等工业领域。