一种竹纤维天然水沤体系分析的方法技术

本发明专利技术公开了一种竹纤维天然水沤体系分析的方法，主要包括：(1)对沤竹液酶系及相关性进行分析，涉及的酶类分别为纤维素酶、木聚糖酶、果胶酶、木质素降解酶系及角质酶；(2)对沤竹液的化学成分进行分析并对水质进行监控；(3)采用可培养技术和高通量测序相结合的手段对沤液的菌群多样性及结构演替进行分析。本发明专利技术旨在通过对沤竹液性质多角度的研究，确定竹纤维材料脱胶过程中的优势菌种，为采用微生物方法进行竹纤维材料脱胶菌种的选育奠定基础。此方法也可推广应用于韧皮纤维材料的水沤体系分析。

A Method for Analyzing Natural Water Retention System of Bamboo Fiber

【技术实现步骤摘要】
一种竹纤维天然水沤体系分析的方法
本专利技术涉及采用综合手段对天然水沤体系的分析，具体涉及一种竹纤维天然水沤体系分析的方法。
技术介绍
以竹代木已成为21世纪森林资源利用的发展方向，在纺织领域开发利用竹类资源，是纺织业绿色纤维的一个新的突破口，具有重要的经济效益和社会效应。沤制工艺作为脱胶中的预处理工序有助于从木质纤维原料中分离出束纤维，并影响最终纤维的质量和产量。天然水沤体系是众多微生物种群构成的一个生态系统。沤制过程，靠水体中微生物群体(水体中主要为细菌)发酵产出的一系列复合酶的作用，溶解或者腐蚀包围纤维束的结缔组织和胶质，从而使纤维束脱离木质部。本专利技术将可培养技术(传统菌种筛选)和高通量测序方法进行有机结合，对沤液微生态环境进行解析。全面系统的诠释和监控天然水沤体系中酶系、水质及微生物群体结构的变化，为有效地控制沤制工艺与沤制产物的深入研究打下了基础。研究所采用的方法同样可为发展传统韧皮纤维的生物制取工艺提供有价值的参考。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种韧皮纤维天然水沤体系分析的方法。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种竹纤维天然水沤体系分析的方法，主要包括：(1)对沤竹液酶系及相关性进行分析；(2)对沤竹液的化学成分进行分析并对水质进行监控；(3)采用可培养技术和高通量测序相结合的手段对沤液的菌群多样性及结构演替进行分析。上述所述的毛竹添加到去离子水中，毛竹与去离子水以g/mL计为1:10。上述所述的毛竹水沤温度计为20℃—40℃上述所述的沤竹液酶活监控包括，纤维素酶、木聚糖酶、果胶酶、木质素降解酶系和角质酶等。上述所述的沤竹液酶系相关性分析采用SPSS软件进行Pearson相关系数分析。上述所述的沤液水质分析包括，pH、溶解氧含量、色度、悬浮固体含量、氮磷含量、总有机物含量。上述所述的可培养方法筛选菌群过程中，采用载有竹粉液体培养基的96孔板对筛选的单菌落进行培养，并以OD600值与空白对照的差值作为细菌是否生长的评判标准。上述所述的高通量测序中真菌PCR所用的引物为ITS1F：CCCTACACGACGCTCTTCCGATCTN(barcode)CTTGGTCATTTAGAGGAAGTAA和ITS2R：GTGACTGGAGTTCCTTGGCACCCGAGAATTCCAGCTGCGTTCTTCATCGATGC。上述所述的高通量测序中细菌PCR所用的引物为314F：CCCTACACGACGCTCTTCCGATCTG(barcode)CCTACGGGNGGCWGCAG和805R：GACTGGAGTTCCTTGGCACCCGAGAATTCCAGACTACHVGGGTATCTAATCC上述所述的所述可培养方法筛选菌群过程中，采用的竹粉液体培养基配方竹粉5.0g/L，K2HPO41.0g/L，MgSO4·7H2O0.3g/L，KNO30.5g/L，(NH4)2SO40.5g/L，NaCl0.2g/L，pH自然。附图说明图1为沤竹过程中第0天、6天、12天、18天和24天沤竹液对比图。图2为竹块在去离子水、室温条件下静止沤制过程中沤竹液pH、总有机物含量的变化图图3为竹块在去离子水、室温条件下静止沤制过程中不同脱胶酶活力变化图图4为竹块在去离子水、室温条件下静止沤制过程中沤竹液还原糖含量的变化图图5为竹块在去离子水、室温条件下静止沤制过程中不同阶段属水平上菌种结构分布图图6为沤竹液通过可培养技术筛选得到单菌落平板及斜面具体实施方式下面结合实施例进一步描述本专利技术，但本专利技术的应用不仅限于实施例描述内容。实施例1沤竹体系构建毛竹劈成5-7cm的竹块，用去离子水冲洗，并在室温条件下平衡24h。部分竹块细细研磨成竹粉，过100目筛。取10g竹块，室温下按照浴比1：10加入100ml去离子水静止沤制。水质分析对沤竹过程中水质指标进行检测。基于污水综合排放标准(GB8978-1996)，确定了主要检测项目有：pH值、色度、悬浮固体、溶解氧、化学需氧量(COD)、五日生化需氧量(BOD5)、总有机碳(TOC)、总氮(TN)、氨氮(AN)、总磷(TP)。具体检测方法以国标为准，在沤制过程中定期采集沤竹液进行水质测试。沤竹过程中，溶解氧含量持续下降，从第6天开始接近于0；pH值呈“U”型变化；悬浮固体含量及色度持续上升；总氮、氨氮、总磷含量呈同步变化趋势，曲线呈现为“N”型。沤竹液中总有机物含量持续上升，表明了在沤制过程中，水质逐渐恶化。但沤竹达到终点时，BOD5/COD比值为0.91(>0.45),表明沤竹液有较好的可生化性。BOD5/TN比值大于5，BOD5/TP比值大于17,说明在对沤竹液污水进行处理时，在其反硝化过程中不需要添加额外的碳源。纤维素酶、木聚糖酶和果胶酶活力分布纤维素酶、木聚糖酶、果胶酶酶活测定采用DNS法。由于沤竹液在中性偏酸性范围内波动(图2)，配制pH为7.0的缓冲液用于测定纤维素酶和木聚糖酶酶活，果胶酶酶活的测定选用pH为5.5的缓冲液，并配制相应pH体系的1％的羧甲基纤维素纳溶液、木聚糖溶液和果胶溶液作用反应底物。如图3所示，在毛竹水沤过程中，木聚糖酶活力最高，果胶酶活力次之，纤维素酶活力最低，三者均呈先增后降趋势。纤维素酶、木聚糖酶、果胶酶的酶活力分别在第9天，第18天，第21天达到最大。木质素降解酶系酶酶活力分布木质素降解酶系主要包括细胞外过氧化物酶(木质素过氧化物酶-Lip、锰过氧化物酶-Mnp)和细胞外酚氧化物酶(漆酶-Laccase)。但这三种酶在降解木质素过程中，不是完全必需的。木质素过氧化物酶、锰过氧化物酶测定分别选择天青B和硫酸锰为底物，过氧化氢为引发剂，漆酶酶活测定底物选为2,2-联氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)二铵盐(ABTS)。通过图3，可确定毛竹水沤脱胶过程木质素降解酶系为Lip-Mnp-Laccase。各脱胶酶间相关性分析结合脱胶酶相关性系数分析可知，木聚糖酶与果胶酶呈显著正相关关系(r＝0.834，p<0.01)。这与毛竹水沤开始前9天木聚糖酶与果胶酶活性呈同步性升高趋势的结果相一致。在木质素降解酶系中，木质素过氧化物酶与锰过氧化物酶及漆酶呈显著正相关关系(依次为r＝0.7709，p<0.05；r＝0.882，p<0.01)。证明在木质素在被降解的过程中，木质素降解酶系协同作用。纤维素酶与木质素过氧化物酶、锰过氧化物酶和漆酶呈显著正相关关系(依次为r＝0.772，p<0.05；r＝0.700，p<0.05；r＝0.773，p<0.05)。表明木质素降解酶系对纤维素降解有一定的协同作用，对木质素的降解是非特异性的。纤维素酶活力在沤制第9天达到最高，为木质素降解酶系协同降解纤维素的结果。还原糖含量测定沤竹体系中酶系对竹中多糖类组分降解生成还原糖。通过对沤竹液中还原糖含量的检测，可间接表明沤制过程中酶系对竹子的降解效果。如图4所示，沤竹液中还原糖含量在前3天迅速增加，是因为沤竹前期，竹中的可溶性糖和可溶性纤维素、半纤维素等溶于水中。沤制3天后，木聚糖酶和果胶酶协同作用分解毛竹中的半纤维素和果胶物质，使沤竹液中还原糖含量逐渐上升。还原糖含量在沤制18天时达到最大，此时木聚糖酶活力达到最高，果胶酶活本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种竹纤维天然水沤体系分析的方法，其特征在于：采用去离子水在室温下对毛竹进行静止沤制。该分析方法结合了酶系及其相关性分析，化学成分及水质监控，以及可培养技术和高通量测序等手段，对沤竹液性质进行多角度的研究。

【技术特征摘要】
1.一种竹纤维天然水沤体系分析的方法，其特征在于：采用去离子水在室温下对毛竹进行静止沤制。该分析方法结合了酶系及其相关性分析，化学成分及水质监控，以及可培养技术和高通量测序等手段，对沤竹液性质进行多角度的研究。2.如权利要求1所述的一种竹纤维天然水沤体系分析的方法，其特征在于：所述取上述毛竹添加到去离子水中，毛竹与去离子水以g/mL计为1:10。3.如权利要求1所述的一种竹纤维天然水沤体系分析的方法，其特征在于：所述毛竹水沤温度计为20℃—40℃4.如权利要求1所述的一种竹纤维天然水沤体系分析的方法，其特征在于：所述沤竹液酶活监控包括，纤维素酶、木聚糖酶、果胶酶、木质素降解酶系和角质酶等。5.如权利要求1、4所述的一种竹纤维天然水沤体系分析的方法，其特征在于：所述沤竹液酶系相关性分析采用SPSS软件进行Pearson相关系数分析。6.如权利要求1所述的一种竹纤维天然水沤体系分析的方法，其特征在于：所述沤液水质分析包括，pH、溶解氧含量、色度、悬浮固体含量、氮磷含量、总有机物含量。7.如权利要求1所述的一种竹纤维天然水沤体系分析的方法，其特征在于：所述可培养方法筛选菌群过程中，采用载有竹粉液体培养基的96孔板对筛选的单菌落进行培...

【专利技术属性】
技术研发人员：尚雪彤，李宇，傅佳佳，付思雨，王海铮，邱意涵，许晨，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32