糞產(chǎn)堿菌對(duì)阿魏酸厭氧降解的影響

謝 婷，劉 飛，李 敏，藍(lán)小桐，李紅丹，陳 雄，王 志

（工業(yè)發(fā)酵湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，發(fā)酵工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北工業(yè)大學(xué)生物工程學(xué)院，湖北武漢430068）

糞產(chǎn)堿菌對(duì)阿魏酸厭氧降解的影響

謝 婷，劉 飛，李 敏，藍(lán)小桐，李紅丹，陳 雄，王 志*

（工業(yè)發(fā)酵湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，發(fā)酵工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北工業(yè)大學(xué)生物工程學(xué)院，湖北武漢430068）

糞產(chǎn)堿菌在以阿魏酸為唯一碳源的厭氧發(fā)酵中培養(yǎng)7 d，阿魏酸的降解率約為70%；研究秸稈厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣（以產(chǎn)氣量反應(yīng)菌群的活性）發(fā)現(xiàn)，體系接種5%糞產(chǎn)堿菌后，菌群的活性最強(qiáng)，生物氣增量最大，達(dá)130 m L，比接種3%和7%糞產(chǎn)堿菌的體系提高85.71%和116.67%；同時(shí)體系的產(chǎn)酸效率和阿魏酸的降解率均顯著提升，分別比接種3%和7%糞產(chǎn)堿菌的體系提高136%和110.71%以及25%和33.33%。傅里葉紅外光譜檢測(cè)表明：厭氧發(fā)酵體系接種5%糞產(chǎn)堿菌后秸稈中木質(zhì)素、阿魏酸的特征官能團(tuán)結(jié)構(gòu)被有效破壞。秸稈厭氧發(fā)酵體系接入糞產(chǎn)堿菌可以有效降解阿魏酸等木質(zhì)素降解衍生物、解除木質(zhì)素及其降解產(chǎn)物對(duì)厭氧菌群的毒性同時(shí)提高產(chǎn)氣效率，具有應(yīng)用價(jià)值。

糞產(chǎn)堿菌；厭氧降解；阿魏酸；木質(zhì)素

秸稈是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要副產(chǎn)物，資源十分豐富，大量秸稈焚燒還田，引起了嚴(yán)重的環(huán)境污染。生物質(zhì)秸稈是繼煤炭、石油和天然氣的之后的第四大能源[1]。農(nóng)作物秸稈能源化技術(shù)是緩解我國(guó)當(dāng)前面臨的“能源，糧食，環(huán)境”三大危機(jī)的有效途徑之一[2]。我國(guó)有豐富的秸稈資源，通過厭氧發(fā)酵對(duì)秸稈進(jìn)行循環(huán)利用不僅能保護(hù)環(huán)境，還可產(chǎn)生可再生能源—沼氣，厭氧發(fā)酵技術(shù)作為生物質(zhì)能主要利用技術(shù)已受到廣泛關(guān)注[3]。2007年農(nóng)業(yè)部把秸稈沼氣生產(chǎn)技術(shù)列為農(nóng)業(yè)和農(nóng)村“十大節(jié)能減排技術(shù)”之首。

農(nóng)作物秸稈的化學(xué)物質(zhì)組成主要是纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，其分別占植物干質(zhì)量的45%、20%和15%～20%[4]。秸稈的生物降解性取決于纖維素和半纖維素被木質(zhì)素包裹的程度，這種包裹結(jié)構(gòu)的存在使降解酶難于接觸纖維素與半纖維素，導(dǎo)致秸稈降解緩慢[5]，在秸稈的厭氧生物處理中，要提高秸稈的利用效率，需要提高木質(zhì)素的降解效率。木質(zhì)素分子側(cè)鏈上有對(duì)羥基安息香酸、紫丁香酸、對(duì)羥基肉桂酸和阿魏酸等酯型結(jié)構(gòu)存在[6]。此外，木質(zhì)素經(jīng)過解聚生成芳環(huán)化合物，并隨機(jī)伴隨側(cè)鏈反應(yīng)和脫甲基反應(yīng)，會(huì)降解生成醛基和非極性取代基團(tuán)的木質(zhì)素衍生物，這些分子對(duì)厭氧菌群具有高毒性，如木質(zhì)素分子單體、愈創(chuàng)木酚等[7]。另外，PAREEK S等[8-9]報(bào)道，低分子質(zhì)量木質(zhì)素分子單體間的化學(xué)鍵β-O-4鍵可在厭氧條件下降解生成芳環(huán)物質(zhì)（如香草酸、阿魏酸等），可見阿魏酸是影響厭氧菌群活性的毒性物質(zhì)之一。在厭氧發(fā)酵過程中，各類微生物協(xié)同合作，將木質(zhì)素降解的小分子物質(zhì)被吸收利用。雖然秸稈中纖維素和木質(zhì)素等分子形成的特殊結(jié)構(gòu)和木質(zhì)素芳環(huán)降解物對(duì)厭氧菌群的毒性等而使沼氣產(chǎn)量的穩(wěn)定性降低[10]，但是纖維素、木質(zhì)素等大分子還是可以被厭氧耦合菌系有效降解[11]。

阿魏酸等木質(zhì)素降解衍生物的進(jìn)一步降解是解除木質(zhì)素及其降解產(chǎn)物對(duì)厭氧菌群毒性、提高纖維素和半纖維素利用率的可行方法。本實(shí)驗(yàn)考察了糞產(chǎn)堿菌厭氧降解阿魏酸的效率，并通過秸稈厭氧產(chǎn)生物氣體系研究了添加糞產(chǎn)堿菌對(duì)體系的產(chǎn)氣效率（反映厭氧菌群活性）、體系pH值、阿魏酸降解的影響，并檢測(cè)了厭氧發(fā)酵前后水稻秸稈木質(zhì)素的傅里葉紅外光譜差異。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 菌種

馬氏甲烷八疊球菌（Methanosarcina mazei）、蘇云金芽孢桿菌（Bacillus thuringiensis）、施氏假單胞菌（Pseudomonas stutzeri）、糞產(chǎn)堿菌（Alcaligenes faecalis）和謝氏丙酸桿菌（Propionibacterium shermanii）均由實(shí)驗(yàn)室保存。

1.1.2 培養(yǎng)基

0.10 %刃天青：稱取0.10g刃天青溶于5m L無水乙醇中，再用蒸餾水定容至100 m L。

以阿魏酸為唯一碳源的培養(yǎng)基：阿魏酸1.20 g，NH4Cl 2g，MgSO40.50g，KH2PO41g，Na2HPO40.20g，KNO30.15g，0.10%刃天青1m L，蒸餾水1000m L，pH 7.00，121℃、15min滅菌。

微量元素混合液：CoCI2·6H2O 0.12 g/L，NiCl2·6H2O 4.80 g/L，MgSO4·7H2O 3.00 g/L，CaCl2·2H2O 0.10 g/L，H3BO30.01g/L，ZnSO4·7H2O 0.10g/L，Na2MoO40.01g/L，MnSO4·H2O 0.45 g/L，F(xiàn)eSO4·7H2O 0.10g/L，CuSO4·5H2O 0.01g/L。

LB培養(yǎng)基：胰蛋白胨1g，氯化鈉1g，酵母提取物0.50g，蒸餾水1 000 m L，pH 7.00，121℃、15 m in滅菌。

甲烷菌培養(yǎng)基：K2HPO40.40 g，MgCl22 g，KH2PO40.40 g，酵母浸膏1 g，NH4Cl 1 g，乙酸鈉2 g，KCl 0.20 g，NaCl 2 g，微量元素溶液10m L，蒸餾水1000m L，pH 6.50，121℃、15 m in滅菌。

1.2 儀器與設(shè)備

DELTA 320 pH計(jì)：梅特勒托利多儀器（上海）有限公司；YXQ-LS-50A立式壓力蒸汽滅菌器：上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；TG18M臺(tái)式高速離心機(jī)：長(zhǎng)沙平凡儀器儀表有限公司；HNY-211B全溫振蕩培養(yǎng)箱：天津歐諾儀器儀表有限公司；Hypersil ODS2型高效液相色譜儀：美國(guó)熱電公司；NEXUS智能型傅立葉紅外光譜儀：美國(guó)尼高立儀器公司；SHZ-D（Ⅲ）循環(huán)水式真空泵：鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 高效液相色譜法檢測(cè)阿魏酸含量的色譜條件

色譜柱：Hypersil ODS2（4.60 mm×250 mm，5 μm）；流動(dòng)相：乙腈-0.09%磷酸溶液（12∶88）；波長(zhǎng)：316 nm；流速：1 m L/min；柱溫：35℃；進(jìn)樣體積：20 μL。

1.3.2 糞產(chǎn)堿菌厭氧降解阿魏酸的培養(yǎng)條件

利用Hungate厭氧操作技術(shù)，將液體培養(yǎng)基分裝到厭氧瓶中，加熱至沸騰持續(xù)10 min，通入無氧氮?dú)猓?9.99%的氮?dú)夂蜌錃馔ㄟ^高溫除氧銅柱，得無氧氮?dú)猓? min，進(jìn)一步將厭氧瓶中的氧氣置換，后加入終質(zhì)量濃度為0.50 g/L的L-半胱氨酸，此時(shí)培養(yǎng)基漸漸變?yōu)闊o色（此時(shí)厭氧瓶培養(yǎng)基的氧化還原電位已處于-42 mV以下）。迅速蓋上膠塞，并用長(zhǎng)條膠布十字緊固后再用細(xì)繩橫向扎住縱向的膠布將瓶口密封[12]，115℃、20 min滅菌備用。

在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下，將生物量為0.74±0.12 g/L的糞產(chǎn)堿菌菌懸液以0.60%的接種量接入以阿魏酸為唯一碳源的厭氧培養(yǎng)基中，37℃培養(yǎng)，周期取樣，測(cè)菌體干質(zhì)量、pH和阿魏酸質(zhì)量濃度。

1.3.3 水稻秸稈厭氧發(fā)酵體系添加的糞產(chǎn)堿菌對(duì)阿魏酸的降解菌種培養(yǎng)條件

用甲烷菌培養(yǎng)基在35℃條件下厭氧培養(yǎng)18 d，得馬氏甲烷八疊球菌生物量為（0.84±0.08）g/L。

分別用LB培養(yǎng)基在30℃、220 r/min條件下培養(yǎng)12 h得蘇云金芽孢桿菌生物量為（1.05±0.05）g/L；施氏假單胞菌生物量為（1.63±0.14）g/L；糞產(chǎn)堿菌生物量為（0.74±0.12）g/L。

用LB培養(yǎng)基在30℃靜置培養(yǎng)48 h得謝氏丙酸桿菌生物量為（1.25±0.11）g/L。

1.3.4 水稻秸稈厭氧體系的裝配

30 g水稻秸稈粉（粉碎后過40目篩所得）裝入250 m L抽濾瓶中，添加蘇云金芽孢桿菌菌懸液45 m L、施氏假單胞菌菌懸液30 m L、謝氏丙酸桿菌菌懸液45 m L、NH4HCO33 g、KNO30.06 g、檸檬酸鹽0.73 g、乙二酸鹽0.23 g、蘋果酸鹽0.26 g，補(bǔ)水至225 m L后，添加微量元素混合液1 m L，立即將瓶口用橡膠塞封閉并用止水夾將出氣橡膠管口密閉。靜置培養(yǎng)24 h后，在無氧氮?dú)獗Ｗo(hù)下接入45 m L甲烷菌液（生物量為（0.84±0.08）g/L）。出氣橡膠管固定于集氣裝置，室溫培養(yǎng)。

1.3.5 水稻秸稈厭氧發(fā)酵體系中添加的糞產(chǎn)堿菌對(duì)體系產(chǎn)氣、pH和阿魏酸降解的影響

1.3.4 所述體系產(chǎn)氣結(jié)束后，在無氧氮?dú)獗Ｗo(hù)下添加不同體積的糞產(chǎn)堿菌菌懸液（實(shí)驗(yàn)組）和水（對(duì)照組），體積接種量分別為3%、5%和7%，繼續(xù)厭氧發(fā)酵12 d，每天觀察產(chǎn)氣量，測(cè)體系的pH值，用高效液相色譜法檢測(cè)厭氧發(fā)酵產(chǎn)期結(jié)束時(shí)以及接入糞產(chǎn)堿菌后繼續(xù)發(fā)酵12 d體系的阿魏酸質(zhì)量濃度，得阿魏酸的降解率。

樣品制備：取8 m L發(fā)酵液，8 000 r/m in離心10 m in，上清用于高效液相色譜法檢測(cè)。

1.3.6 水稻秸稈中木質(zhì)素的傅里葉紅外光譜分析

分別取已粉碎未經(jīng)任何處理的水稻秸稈、添加5%水厭氧發(fā)酵體系中的水稻秸稈和添加5%糞產(chǎn)堿菌厭氧發(fā)酵體系中的水稻秸稈進(jìn)行傅里葉紅外光譜分析。

1.3.7 數(shù)據(jù)分析

所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均為最少3次平行實(shí)驗(yàn)的平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 HPLC測(cè)定阿魏酸的標(biāo)準(zhǔn)曲線

精密稱取阿魏酸標(biāo)準(zhǔn)品10.04mg，置50m L棕色量瓶中，加體積分?jǐn)?shù)為70%甲醇溶解并稀釋至刻度，得質(zhì)量濃度為0.20 g/L的阿魏酸標(biāo)準(zhǔn)母液，精密量取標(biāo)準(zhǔn)溶液0.20 m L、1.00 m L、2.00m L、3.00m L、5.00m L、7.00m L，置于25m L棕色量瓶中，用體積分?jǐn)?shù)70%甲醇稀釋至刻度，得系列標(biāo)準(zhǔn)溶液。按方法1.3.1進(jìn)行測(cè)定，以阿魏酸標(biāo)準(zhǔn)品質(zhì)量濃度（x）為橫坐標(biāo)，測(cè)得的峰面積（y）為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖1所示。

圖1 阿魏酸標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.1 The standard curve of ferulic acid

由圖1可知，阿魏酸標(biāo)準(zhǔn)曲線的回歸方程為y=63.23x+ 25.977，其質(zhì)量濃度與峰面積的線性相關(guān)系數(shù)R2=0.998。結(jié)果表明，阿魏酸標(biāo)準(zhǔn)品質(zhì)量濃度在1.60～56.22 μg/m L與峰面積呈良好的線性關(guān)系。

2.2 糞產(chǎn)堿菌厭氧條件下對(duì)阿魏酸的降解

圖2 糞產(chǎn)堿菌厭氧發(fā)酵過程中生物量、阿魏酸質(zhì)量濃度和pH曲線Fig.2 Time course of biomass,ferulic acid content and pH of A.faecalis in the anaerobic fermentation

在無氧氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下，將糞產(chǎn)堿菌菌懸液以0.60%的接種量接入到以阿魏酸為唯一碳源的厭氧培養(yǎng)基中，37℃培養(yǎng)，周期取樣，測(cè)菌體干質(zhì)量、pH值和阿魏酸質(zhì)量濃度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，厭氧發(fā)酵1～7 d，阿魏酸的質(zhì)量濃度快速減少，第7天時(shí)，阿魏酸質(zhì)量濃度僅為0.37 μg/m L，其降解率為69.17%；繼續(xù)培養(yǎng)至第9天，阿魏酸質(zhì)量濃度為0.33 μg/m L，其降解率為72.50%；厭氧條件下，糞產(chǎn)堿菌的干質(zhì)量隨著培養(yǎng)時(shí)間的增加而增加，培養(yǎng)9 d后達(dá)到最大值，為2.14g/L；同時(shí)體系pH值由7.07上升至7.31，說明糞產(chǎn)堿菌有一定的產(chǎn)堿能力，并且對(duì)阿魏酸的降解能力很強(qiáng)。

2.3 水稻秸稈厭氧體系添加糞產(chǎn)堿菌對(duì)阿魏酸降解的影響

2.3.1 水稻秸稈厭氧體系添加的糞產(chǎn)堿菌對(duì)體系產(chǎn)氣和pH的影響

按照1.3.5中的方法添加糞產(chǎn)堿菌液（體積接種量為3%、5%和7%）和水（3%、5%和7%），繼續(xù)厭氧發(fā)酵12 d后，體系產(chǎn)氣量、pH值的變化如圖3和圖4所示。

圖3 添加糞產(chǎn)堿菌對(duì)水稻秸稈厭氧發(fā)酵體系產(chǎn)氣量的影響Fig.3 Effect of A.faecalis addition on biogas production in the anaerobic fermentation system of rice straw

圖4 添加糞產(chǎn)堿菌對(duì)水稻秸稈厭氧發(fā)酵體系pH變化值的影響Fig.4 Effect of A.faecali addition on pH change in the anaerobic fermentation system of rice straw

體系中添加3%、5%、7%的糞產(chǎn)堿菌，產(chǎn)氣量分別平均增加了70 m L、130 m L、60 m L，此時(shí)對(duì)照組（加3%、5%、7%的水）的生物氣量分別平均增加了55 m L、25 m L、5 m L，糞產(chǎn)堿菌的加入對(duì)生物氣量增加有顯著地促進(jìn)作用。添加5%糞產(chǎn)堿菌體系增量最大，比加3%和7%糞產(chǎn)堿菌分別提高了85.71%和116.67%。另外，添加水和添加糞產(chǎn)堿菌的pH值均明顯下降，添加5%糞產(chǎn)堿菌體系最終pH僅為5.95，ΔpH（添加糞產(chǎn)堿菌前體系pH-添加糞產(chǎn)堿菌培養(yǎng)12 d后體系pH）為0.59，比添加3%和7%糞產(chǎn)堿菌體系的ΔpH（分別為0.25和0.28）分別提高了136%和110.71%。未添加水或糞產(chǎn)堿菌時(shí)，pH值大多數(shù)維持在6.10～6.55，可見添加糞產(chǎn)堿菌對(duì)厭氧體系的pH值影響很大。

由圖2可知，糞產(chǎn)堿菌純種厭氧培養(yǎng)有提高體系pH值的作用，然而秸稈厭氧體系加入糞產(chǎn)堿菌后，由于促進(jìn)了阿魏酸等木質(zhì)素降解衍生物的進(jìn)一步降解，有效緩解或降低了這些物質(zhì)對(duì)厭氧菌群的毒性，使厭氧菌群的活性和代謝能力增強(qiáng)，促進(jìn)了發(fā)酵產(chǎn)物——乙酸、乙醇等物質(zhì)的合成[13]，而這些分子經(jīng)代謝成為甲烷合成的前體。因此，雖然添加糞產(chǎn)堿菌使厭氧體系的pH降低，但仍然在菌群適應(yīng)范圍內(nèi)，最終增強(qiáng)了生物氣的合成效率?？梢妼?shí)驗(yàn)條件下產(chǎn)酸引起的pH值降低不是抑制厭氧菌群生物活性（生物氣合成效率）的限制因素，木質(zhì)素降解衍生物（如阿魏酸等）對(duì)厭氧菌群的致毒性是影響菌群活性、阻礙秸稈厭氧體系持續(xù)高效產(chǎn)氣的關(guān)鍵因素。

2.3.2 水稻秸稈厭氧發(fā)酵體系中添加的糞產(chǎn)堿菌對(duì)阿魏酸的降解

根據(jù)1.3.5的方法，添加不同體積的糞產(chǎn)堿菌菌懸液和水，使其在體系中的體積分?jǐn)?shù)分別為3%、5%和7%，繼續(xù)厭氧發(fā)酵12 d后，用高效液相色譜法檢測(cè)厭氧發(fā)酵12 d前、后體系的阿魏酸質(zhì)量濃度，得到阿魏酸的降解率如表1所示。

表1 水稻秸稈厭氧發(fā)酵體系中添加的糞產(chǎn)堿菌對(duì)阿魏酸降解的影響Table 1 Effect of A.faecalis addition on the degradation of ferulic acid in the anaerobic rice straw fermentation system

添加3%、5%和7%的糞產(chǎn)堿菌后，體系阿魏酸的降解率分別為32%、40%和30%，此時(shí)對(duì)照組（添加3%、5%和7%的水）分別為24%、25%和21%，糞產(chǎn)堿菌的加入對(duì)阿魏酸的降解有促進(jìn)作用。其中添加5%的糞產(chǎn)堿菌時(shí)體系阿魏酸的降解率最高，達(dá)到40%，比添加3%和7%糞產(chǎn)堿菌的體系中阿魏酸的降解率分別提高了25%和33.33%。

2.3.3 水稻秸稈中木質(zhì)素的傅里葉紅外光譜分析

由于阿魏酸是木質(zhì)素的組成成分，在紅外光譜圖（見圖5）上有明確的特征峰，主要有1 610～1 600 cm-1和1 520～1 500 cm-1，屬于芳香環(huán)骨架振動(dòng)區(qū)域[14]，在1 270 cm-1附近為芳香醚鍵伸縮振動(dòng)區(qū)域[15]和1 030 cm-1附近為芳香族面內(nèi)C-H彎曲振動(dòng)區(qū)域[16]，這些波數(shù)范圍內(nèi)很少有其他譜帶，通過傅里葉紅外光譜分析水稻秸稈木質(zhì)素結(jié)構(gòu)特征峰的變化情況，可判斷糞產(chǎn)堿菌對(duì)木質(zhì)素、阿魏酸的特征官能團(tuán)的降解情況。傅里葉紅外光譜分析主要是針對(duì)木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行的，木質(zhì)素單體主要通過醚鍵和碳碳鍵連接成復(fù)雜的木質(zhì)素結(jié)構(gòu)，其中主要連接鍵為β-O-4，難降解的鍵為5-5′和β-5鍵[17]。在木質(zhì)素的側(cè)鏈上有對(duì)羥基安息香酸、香草酸、紫丁香酸、對(duì)羥基肉桂酸和阿魏酸等酯型結(jié)構(gòu)存在，糞產(chǎn)堿菌對(duì)阿魏酸的降解，可促進(jìn)木質(zhì)素結(jié)構(gòu)的崩解。

取已粉碎未經(jīng)任何處理的水稻秸稈、添加5%水的厭氧發(fā)酵體系中的水稻秸稈和添加5%糞產(chǎn)堿菌厭氧發(fā)酵體系中的水稻秸稈，分別進(jìn)行傅里葉紅外光譜分析，結(jié)果如圖5所示。

圖5 厭氧發(fā)酵前后水稻秸稈的紅外光譜圖Fig.5 Infrared spectrogram of rice straw before and after anaerobic fermentation

由圖5可知，水稻秸稈木質(zhì)素特征吸收的波數(shù)有明顯的改變，在1604cm-1、1508 cm-1芳香族骨架振動(dòng)區(qū)域、1270 cm-1芳香醚鍵伸縮振動(dòng)區(qū)域和1 064 cm-1附近芳香族面內(nèi)C-H彎曲振動(dòng)區(qū)域的透光率均顯著上升，即相應(yīng)的官能團(tuán)結(jié)構(gòu)含量有明顯減少。其中，添加5%糞產(chǎn)堿菌厭氧發(fā)酵體系上升最為明顯。說明糞產(chǎn)堿菌的降解作用破壞了秸稈木質(zhì)素、阿魏酸的官能團(tuán)結(jié)構(gòu)。這與糞產(chǎn)堿菌可有效降解阿魏酸的實(shí)驗(yàn)結(jié)論一致。

3 結(jié)論

以阿魏酸為唯一碳源，糞產(chǎn)堿菌厭氧培養(yǎng)7 d，阿魏酸的降解率為70%；研究秸稈厭氧發(fā)酵產(chǎn)生物氣（以產(chǎn)氣量反應(yīng)菌群的活性）發(fā)現(xiàn)，體系添加5%糞產(chǎn)堿菌，菌群活性最強(qiáng)，生物氣增量最大，達(dá)130 m L，而且產(chǎn)酸效率增強(qiáng)，最終pH值為5.95，pH下降0.59，同時(shí)阿魏酸降解率為40%。傅里葉紅外光譜檢測(cè)表明，厭氧發(fā)酵體系接種5%糞產(chǎn)堿菌后秸稈中木質(zhì)素、阿魏酸的特征官能團(tuán)結(jié)構(gòu)被有效破壞。秸稈厭氧發(fā)酵體系接入糞產(chǎn)堿菌可以有效降解阿魏酸等木質(zhì)素降解衍生物、解除木質(zhì)素及其降解產(chǎn)物對(duì)厭氧菌群的毒性同時(shí)提高產(chǎn)氣效率，具有應(yīng)用價(jià)值。

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Effect of Alcaligenes faecalis on anaerobic degradation of ferulic acid

XIE Ting,LIU Fei,LI Min,LAN Xiaotong,LI Hongdan,CHEN Xiong,WANG Zhi*
(Hubei Collaborative Innovation Center for Industrial Fermentation,Key Laboratory of Fermentation Engineering(Ministry of Education), College of Bioengineering,Hubei University of Technology,Wuhan 430068,China)

The ferulic acid was approximately degradated 70% when Alcaligenes faecalis was cultured 7 d in the anaerobic culture with ferulic acid as the sole carbon source.Anaerobic fermentation systems with straw producing biogas were studied,where the biogas production was used to reflect the bacteria activity.Results showed that biogas production with A.faecalis inoculum 5%was up to 130 m l,which was increased by 85.71%and 116.67%compared with the inoculum of 3%and 7%,respectively.Meanwhile,the acids production,reflected by pH,was enhanced by 136%and 110.71%,and the ferulic acid degradation rate was increased by 25%and 33.33%compared with the inoculum of 3%and 7%,respectively.Fourier infrared spectrum analysis showed that the characteristic structure of lignin and ferulic acid in the anaerobic system with A.faecalis addition 5%was destroyed effectively.The results showed that A.faecalis inoculated in anaerobic fermentation system with straw could efficiently degrade lignin degradation derivatives(such as ferulic acid),remove the toxicity of lignin and its degradation products for the anaerobic bacteria group and enhance biogas production.

Alcaligenes faecalis;anaerobic degradation;ferulic acid;lignin

S216.4

A

0254-5071（2015）03-0066-05

10.11882/j.issn.0254-5071.2015.03.015

2015-01-17

湖北省科技廳項(xiàng)目（2010CDB02505）

謝婷（1987-），女，碩士研究生，主要從事生物能源與發(fā)酵工程研究工作。

*通訊作者：王志（1971-），男，副教授，博士，主要從事微生物工程研究工作。