Помощь студентам в учебе
Формирование консорциум а микро организмов для деструкции лигнинсодержащего сырья
|
ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 6
1.1 Биологические консорциумы 6
1.1.1 Естественные консорциумы микроорганизмов 6
1.1.2 Искусственные консорциумы микроорганизмов 10
1.2.2 Танины 13
1.2 Микроорганизмы-деструкторы лигнинсодержащего сырья 14
1.2.1 Стрептомицеты 15
1.2.2 Бактерии 16
1.2.3 Грибы мягкой гнили и другие микроскопические грибы 17
1.2.4 Базидиомицеты - деструкторы лигнинсодержащего сырья 19
1.2.5 Возбудители бурой гнили 19
1.2.6 Возбудители белой гнили 22
1.3 Роль ферментов в деструкции лигнина 24
1.3.1 Лигнинпероксидаза 25
1.3.2 Марганецпероксидаза 26
1.3.3 Лакказа 29
ГЛАВА 2 ПАТЕНТНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ПОИСК 32
ГЛАВА 3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 37
3.1 Объекты, материалы и методы исследования 37
3.1.1 Объекты и материалы исследования 37
3.1.2 Методы исследования 38
3.2 Результаты и их обсуждение 40
3.2.1 Выделение чистых культур микроорганизмов, изучение их
культуральных, тинкториальных и морфологических свойств 40
3.2.2 Определение ферментативной активности 44
3.2.3 Молекулярно-генетическая идентификация штаммов-
деструкторов 46
3.2.4 Определение биосовместимости микроорганизмов из почвы и разложившейся древесины и формирование консорциума микроорганизмов 48
ГЛАВА 4 Технологическая часть 51
4.1 Характеристика готового продукта 51
4.2 Характеристика основного и вспомогательного сырья 51
4.3 Описание технологического процесса получения биопрепарата для
деструкции лигнинсодержащего сырья 55
4.4 Расчет материального баланса 59
ГЛАВА 5 Экономика 60
5.1 Производственная программа 60
5.2 План материально-технического снабжения 61
5.3 План по труду и заработной плате 63
5.4 Планирование издержек на производство и реализацию продукции . 65
5.5 Финансовый план 68
5.5.1 Планирование цен на продукцию 68
5.6 Планирование прибыли 69
5.7 Расчет капитальных затрат и анализ экономической эффективности
производства 70
5.7.1 Расчет капитальных затрат на оборудование 70
5.8 Сметно-финансовый расчет на строительные работы 71
5.9 Основные технико-экономические показатели бизнес-плана 72
ГЛАВА 6 Безопасность жизнедеятельности 74
6.1 Техника безопасности в лаборатории 74
ВЫВОДЫ 79
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ГЛАВА 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 6
1.1 Биологические консорциумы 6
1.1.1 Естественные консорциумы микроорганизмов 6
1.1.2 Искусственные консорциумы микроорганизмов 10
1.2.2 Танины 13
1.2 Микроорганизмы-деструкторы лигнинсодержащего сырья 14
1.2.1 Стрептомицеты 15
1.2.2 Бактерии 16
1.2.3 Грибы мягкой гнили и другие микроскопические грибы 17
1.2.4 Базидиомицеты - деструкторы лигнинсодержащего сырья 19
1.2.5 Возбудители бурой гнили 19
1.2.6 Возбудители белой гнили 22
1.3 Роль ферментов в деструкции лигнина 24
1.3.1 Лигнинпероксидаза 25
1.3.2 Марганецпероксидаза 26
1.3.3 Лакказа 29
ГЛАВА 2 ПАТЕНТНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ПОИСК 32
ГЛАВА 3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 37
3.1 Объекты, материалы и методы исследования 37
3.1.1 Объекты и материалы исследования 37
3.1.2 Методы исследования 38
3.2 Результаты и их обсуждение 40
3.2.1 Выделение чистых культур микроорганизмов, изучение их
культуральных, тинкториальных и морфологических свойств 40
3.2.2 Определение ферментативной активности 44
3.2.3 Молекулярно-генетическая идентификация штаммов-
деструкторов 46
3.2.4 Определение биосовместимости микроорганизмов из почвы и разложившейся древесины и формирование консорциума микроорганизмов 48
ГЛАВА 4 Технологическая часть 51
4.1 Характеристика готового продукта 51
4.2 Характеристика основного и вспомогательного сырья 51
4.3 Описание технологического процесса получения биопрепарата для
деструкции лигнинсодержащего сырья 55
4.4 Расчет материального баланса 59
ГЛАВА 5 Экономика 60
5.1 Производственная программа 60
5.2 План материально-технического снабжения 61
5.3 План по труду и заработной плате 63
5.4 Планирование издержек на производство и реализацию продукции . 65
5.5 Финансовый план 68
5.5.1 Планирование цен на продукцию 68
5.6 Планирование прибыли 69
5.7 Расчет капитальных затрат и анализ экономической эффективности
производства 70
5.7.1 Расчет капитальных затрат на оборудование 70
5.8 Сметно-финансовый расчет на строительные работы 71
5.9 Основные технико-экономические показатели бизнес-плана 72
ГЛАВА 6 Безопасность жизнедеятельности 74
6.1 Техника безопасности в лаборатории 74
ВЫВОДЫ 79
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
К настоящему времени существует проблема утилизации отходов целлюлозно-бумажной и деревоперерабатывающей промышленностей. Наибольший интерес вызывают, все же, пути деструкции лигнина и его производных. На сегодняшний день в России используется два пути утилизации лигнина: сжигание и вывоз на свалки, где он остается в неизменном состоянии десятилетиями.
Естественный процесс разрушения лигнина сопровождается образованием веществ ароматической природы, таких как бензойная, ванилиновая, феруловая кислоты, соответствующих альдегидов и фенолов. Повышение концентрации этих соединений в почве приводит к изменению ее кислотности, разрушению питательных элементов, нарушению естественного биоценоза, и как следствие, снижению плодородности.
Деструкция лигнина и его производных осуществляется в аэробных условиях под действием ферментных систем микроорганизмов. На сегодняшний день в литературе описаны результаты успешной биологической утилизации лигнина с помощью микроскопических грибов. Основным недостатком большинства исследований является низкая скорость разрушения макромолекул лигнина, поэтому использование этих методов в промышленных масштабах не представляется возможным.
Использование биологического метода разрушения лигнина и его производных решит не только экологическую проблему, связанную с его утилизацией, но и позволит получить новые ценные продукты для использования их в сельском хозяйстве в качестве высокоэффективного биоудобрения.
Целью данной работы является выделение микроорганизмов- деструкторов и формирование на их основе консорциума для эффективной утилизации лигнинсодержащего сырья.
Задачи исследования:
1) Выделить из природных источников чистые культуры микроорганизмов-деструкторов, изучить их культуральные, тинкториальные, морфологические и физиолого-биохимические свойства, установить их ферментативную активность.
2) Провести молекулярно-генетическую идентификацию
выделенных чистых культур микроорганизмов.
3) Установить биосовместимость выделенных микроорганизмов.
4) Сформировать предполагаемые варианты консорциумов микроорганизмов для утилизации лигнинсодержащего сырья.
5) Разработать технологическую схему производства биопрепарата для утилизации лигнинсодержащего сырья.
6) Рассчитать основные технико-экономические показатели.
Естественный процесс разрушения лигнина сопровождается образованием веществ ароматической природы, таких как бензойная, ванилиновая, феруловая кислоты, соответствующих альдегидов и фенолов. Повышение концентрации этих соединений в почве приводит к изменению ее кислотности, разрушению питательных элементов, нарушению естественного биоценоза, и как следствие, снижению плодородности.
Деструкция лигнина и его производных осуществляется в аэробных условиях под действием ферментных систем микроорганизмов. На сегодняшний день в литературе описаны результаты успешной биологической утилизации лигнина с помощью микроскопических грибов. Основным недостатком большинства исследований является низкая скорость разрушения макромолекул лигнина, поэтому использование этих методов в промышленных масштабах не представляется возможным.
Использование биологического метода разрушения лигнина и его производных решит не только экологическую проблему, связанную с его утилизацией, но и позволит получить новые ценные продукты для использования их в сельском хозяйстве в качестве высокоэффективного биоудобрения.
Целью данной работы является выделение микроорганизмов- деструкторов и формирование на их основе консорциума для эффективной утилизации лигнинсодержащего сырья.
Задачи исследования:
1) Выделить из природных источников чистые культуры микроорганизмов-деструкторов, изучить их культуральные, тинкториальные, морфологические и физиолого-биохимические свойства, установить их ферментативную активность.
2) Провести молекулярно-генетическую идентификацию
выделенных чистых культур микроорганизмов.
3) Установить биосовместимость выделенных микроорганизмов.
4) Сформировать предполагаемые варианты консорциумов микроорганизмов для утилизации лигнинсодержащего сырья.
5) Разработать технологическую схему производства биопрепарата для утилизации лигнинсодержащего сырья.
6) Рассчитать основные технико-экономические показатели.
1) Выделены 8 культур микроорганизмов из почвы и разложившейся древесины и присвоены им шифры A22L, A2TV, G1, G3, G25, 8.1.1, 8.1.2 и P2. При этом определили, что штаммы A22L, G1, G25, 8.1.1, 8.1.2 и A2TV относятся к микромицетам, а штаммы P2 и G3 к бактериям. На основании культуральных, тинкториальных и морфологических свойств, способности выделенных культур продуцировать амилазы и каталазу, штаммы A22L и G1 предположительно относятся к роду Aspergillus,культура 8.1.2. - к роду Penicilliumи культура A2TV к роду Trichoderma.Родовую принадлежность культур P2, G25, G3 и 8.1.1 по полученным данным установить не удалось.
2) Проведена молекулярно-генетическая идентификация выделенных бактериальной штаммов. По результатам исследования рибосомальная последовательность у культуры P2 на 94% совпадает с Acromobacter spanius strain LMG 5911, а у культуры G3 - на 100% с Pseudomonas lurida strain P513/18по данным GeneBank, для остальных штаммов проведение молекулярно-генетической идентификации планируется.
3) Установлена ферментативная активность штаммов для определения их способности разрушать лигнинсодержащее сырье: тирозиназной активностью обладает только штамм 8.1.2, лакказную активность имеют штаммы P2, G25, 8.1.1 и A2TV, штаммы G25, 8.1.1, 8.1.2 и A2TV - целлюлазной активностью.
4) Установлена биосовместимость выделенных штаммов микроорганизмов, штаммы A22L, G1 и A2TV подавляют рост других штаммов. Штаммы 8.1.1 и 8.1.2 не биосовместимы между собой. Также была отмечена биосовместимость между следующими культурами: A22L+A2TV, A22L+G1, P2+G3, P2+G25, 8.1.1+G25, G25+G3, 8.1.1+G3, 8.1.2+G3, G25+8.1.1, 8.1.1+P2, 8.1.2+P2.
5) Сформированы предполагаемые варианты консорциумов микроорганизмов: вариант консорциума №1, состоит из штаммов G3, G25,
8.1.1 и P2 обладает лакказной, целлюлазной и каталазной активностями, вариант консорциума №2, состоит из штаммов G3, G25, 8.1.2 и P2 обладает лакказной, тирозиназной, целлюлазной и каталазной активностями.
6) Составлена технологическая блок-схема и аппаратурная схема производства биопрепарата для деструкции лигнинсодержащего сырья, проведен расчет материального баланса на 1000 кг питательной среды, выход продукта составил 2088,9 кг.
7) Рассчитаны основные технико-экономические показатели предприятия по производству биопрепарата для деструкции лигнинсодержащего сырья. При чистой прибыли - 3164463,14 руб. и полной себестоимости - 16865225,52 руб. рентабельность составила - 27,17%, а окупаемость - 5,3 лет.
2) Проведена молекулярно-генетическая идентификация выделенных бактериальной штаммов. По результатам исследования рибосомальная последовательность у культуры P2 на 94% совпадает с Acromobacter spanius strain LMG 5911, а у культуры G3 - на 100% с Pseudomonas lurida strain P513/18по данным GeneBank, для остальных штаммов проведение молекулярно-генетической идентификации планируется.
3) Установлена ферментативная активность штаммов для определения их способности разрушать лигнинсодержащее сырье: тирозиназной активностью обладает только штамм 8.1.2, лакказную активность имеют штаммы P2, G25, 8.1.1 и A2TV, штаммы G25, 8.1.1, 8.1.2 и A2TV - целлюлазной активностью.
4) Установлена биосовместимость выделенных штаммов микроорганизмов, штаммы A22L, G1 и A2TV подавляют рост других штаммов. Штаммы 8.1.1 и 8.1.2 не биосовместимы между собой. Также была отмечена биосовместимость между следующими культурами: A22L+A2TV, A22L+G1, P2+G3, P2+G25, 8.1.1+G25, G25+G3, 8.1.1+G3, 8.1.2+G3, G25+8.1.1, 8.1.1+P2, 8.1.2+P2.
5) Сформированы предполагаемые варианты консорциумов микроорганизмов: вариант консорциума №1, состоит из штаммов G3, G25,
8.1.1 и P2 обладает лакказной, целлюлазной и каталазной активностями, вариант консорциума №2, состоит из штаммов G3, G25, 8.1.2 и P2 обладает лакказной, тирозиназной, целлюлазной и каталазной активностями.
6) Составлена технологическая блок-схема и аппаратурная схема производства биопрепарата для деструкции лигнинсодержащего сырья, проведен расчет материального баланса на 1000 кг питательной среды, выход продукта составил 2088,9 кг.
7) Рассчитаны основные технико-экономические показатели предприятия по производству биопрепарата для деструкции лигнинсодержащего сырья. При чистой прибыли - 3164463,14 руб. и полной себестоимости - 16865225,52 руб. рентабельность составила - 27,17%, а окупаемость - 5,3 лет.