双指标优化黑曲霉液态发酵条件及降解棉秆效果

【目的】以羧甲基纤维素钠酶活(Carboxymethylcellulose sodium enzyme activity,CMCase)和滤纸酶活(Filter paper enzyme activity,FPAase)作为双指标,通过响应面法对黑曲霉(Aspergillus niger)ZD产纤维素酶的液体发酵条件进行优化,研究黑曲霉对棉花秸秆的降解效果。【方法】通过单因素试验确定主要影响因素,通过Plackett-Burman和Box-Behnken设计进行因素优化和交互作用的影响,测定棉秆中纤维素含量。【结果】单因素试验确定碳源为淀粉,氮源为蛋白胨,无机盐为K₂HPO₄,培养时间168 h,转速150 r/min,温度30℃,接种量7%;利用Plackett-Burman设计筛选出影响产酶的显著因素是淀粉质量浓度、蛋白胨质量浓度、转速和接种量;最后通过Box-behnken确定产酶的最佳发酵条件,淀粉质量浓度1.21 g/100 mL,蛋白胨质量浓度0.25 g/100 mL,K₂HPO₄质量浓度0.1 g/100 mL,培养时间168 h,转速170 r/min,温度30℃,接种量7.8%,比初始发酵条件提高了35.96%。【结论】利用黑曲霉通过液体发酵降解棉秆效果显著,可以有效降解棉秆中纤维素和半纤维素,用真菌实现棉秆饲草化极具前景。     

根癌土壤杆菌DK-24生产辅酶Q10发酵培养基的优化

【目的】对根癌土壤杆菌(Agrobacterium tume faciens)DK-24发酵生产辅酶Q10的培养基进行优化,为辅酶Q10的生产提供技术支持。【方法】用Plackett-Burman设计法(Plackett-Burman design,P-B)筛选对辅酶Q10产量影响较大的主要因子,采用最陡爬坡试验逼近主要因子的最优水平,通过Box-Behnken设计,利用Design-Expert软件进行回归分析,优化确定各主要因子的最佳质量浓度。【结果】根癌土壤杆菌生产辅酶Q10的4个主要影响因子为蔗糖、玉米浆干粉(CSP)、酵母膏和对羟基苯甲酸(PHB);最陡爬坡试验、Box-Behnken设计及响应面分析表明,根癌土壤杆菌DK-24发酵生产辅酶Q10的发酵培养基中,蔗糖、CSP、酵母膏和PHB的最优质量浓度分别为46.56,22.30,13.46g/L和52.38mg/L。【结论】在优化培养基条件下,辅酶Q10产量可达24.97mg/L,较优化前提高了76.18%。     

固体发酵玉米秸秆产纤维素酶条件的优化

以玉米秸秆为原料,利用菌株发酵生产纤维素酶,通过单因素试验和正交试验,考察了培养温度、接种量、发酵时间对纤维素酶活力的影响,确定了固体发酵玉米秸秆产纤维素酶的最佳工艺参数。试验结果表明,各因素对纤维素酶活力的影响程度由大到小依次为培养温度、接种量、发酵时间;最佳发酵条件为接种量8%,培养温度30℃的条件下发酵66h,具有最大产酶量142.55U/ml。     

响应面法优化污泥生物干燥工艺条件的研究

运用响应面法对木薯酒糟沼气发酵后污泥的生物干燥工艺条件进行优化。首先,用Plackett-Burman方法对8个相关影响因素的效应进行评价,并筛选出对污泥含水率降低有显著影响的通风量、温度、接种量3个因素;然后,用最陡爬坡试验逼近污泥含水率最低区域;最后,由中心组合试验及响应面分析确定了影响污泥含水率的最佳干燥条件,即通风量6.5 L/h、温度36℃、接种量1.5%,干燥96 h后污泥含水率降低到24.53%。     

防治蓟马的球孢白僵菌SDDZ-9菌株液体发酵工艺优化

【目的】球孢白僵菌(Beauveria bassiana)作为一种重要的虫生真菌,已广泛应用于害虫生物防治,但其不成熟的规模化生产技术一直是限制球孢白僵菌广泛应用的主要问题之一。开展球孢白僵菌液体发酵工艺研究,提高液体发酵生物量,从而为固体发酵阶段提供优质的种子液,进而提高固体发酵的产孢量,为球孢白僵菌规模化生产提供参考。【方法】影响球孢白僵菌液体发酵的培养条件有温度、装样量、摇床转速、接种浓度和pH等,首先采用Plackett-Burman试验设计,筛选出影响球孢白僵菌菌株SDDZ-9的液体发酵的主要因子,然后运用最陡爬坡路径法,以试验值变化的梯度方向和各因素效应值的大小分别确定爬坡方向和变化步长,确定响应面的中心点,逼近最佳值区域,最后采用central composite design (CCD)响应曲面法,建立多元二次回归方程来拟合各因素与效应值之间的关系,并对影响发酵生物量的各因素及其交互作用进行响应面分析和评价,确定对西花蓟马(Frankliniella occidentalis)毒力较高的球孢白僵菌菌株SDDZ-9液体发酵的最优培养条件。【结果】培养温度、装样量、转速和浓度是影响发酵生物量的主要因子,一定范围内的pH变化对此菌株的液体发酵影响较小。在自然pH下,当培养温度27.08℃、装样49.72 mL（250 mL三角瓶）、摇床转速205.45 r/min、接种浓度1.122×10⁷孢子/mL时,发酵48 h产生的生物量最大。在优化发酵条件下进行液固双相发酵试验,得到的球孢白僵菌液体发酵生物量为14.769 g·L^-1,与模型预测生物量相符,固体发酵后产孢量为20.16 g·kg^-1,含孢量1.84×10¹¹孢子/g。【结论】在优化发酵工艺条件下进行发酵,可显著提高球孢白僵菌的产孢量,此液体发酵工艺为球孢白僵菌的规模化生产奠定了基础。     

Optimization of the Fermentation Conditions of Sweet Oats by Response Surface Methodology

[目的]研究蒸料时间、接种前水分含量、接种量、发酵温度和发酵时间这5个因素对甜胚子甜度的影响,得到最佳发酵条件。[方法]用Plackett-Burman（PB）实验设计对影响甜胚子甜度的5个因素进行效应评价,筛选显著因素;选取最陡爬坡法选取逼近最佳响应面区域;Box-Behnken实验设计及响应面分析,确定最优发酵条件。[结果]PB设计筛选出3个对还原糖含量有显著影响的因素：接种前含水量、接种量、发酵温度,用最陡爬坡法确定中心水平后,中心组合实验法分析出其接种前含水量为45.26%,接种量为0.014%（g/g）,发酵温度为28℃,预测还原糖含量的最大值为13.16%。[结论]用优化后的条件制作甜胚子,还原糖的含量为12.91 mg/g,这一结果和预测值一致。     

响应面法优化甜胚子发酵条件的研究(英文)

[目的]研究蒸料时间、接种前水分含量、接种量、发酵温度和发酵时间这5个因素对甜胚子甜度的影响,得到最佳发酵条件。[方法]用Plackett-Burman(PB)实验设计对影响甜胚子甜度的5个因素进行效应评价,筛选显著因素;选取最陡爬坡法选取逼近最佳响应面区域;Box-Behnken实验设计及响应面分析,确定最优发酵条件。[结果]PB设计筛选出3个对还原糖含量有显著影响的因素:接种前含水量、接种量、发酵温度,用最陡爬坡法确定中心水平后,中心组合实验法分析出其接种前含水量为45.26%,接种量为0.014%(g/g),发酵温度为28℃,预测还原糖含量的最大值为13.16%。[结论]用优化后的条件制作甜胚子,还原糖的含量为12.91 mg/g,这一结果和预测值一致。     

响应面法优化放线菌BOS-018的液体发酵工艺

为了提高放线菌BOS-018代谢产物中有效代谢物质浓度,得到更多的活性成分,并提高其抑菌活性,采用响应面法来优化放线菌BOS-018的液体发酵条件。先通过单因素试验确定最佳单因素,再运用Plackett-Burman试验对影响发酵的几个因素进行评价并筛选出3个最主要因素,即温度、接种量和装液量。经最陡爬坡试验,最后运用Box-Behnken设计得到这3个因素的最佳值为:温度27.74℃,接种量13.26 m L,装液量102.07 m L。优化后,抑菌圈直径达到22.12 mm,相对于优化前提高36.7%。     

解磷菌PSBHY-3的发酵培养工艺参数优化

【目的】优化解磷菌PSBHY-3的培养参数,为水产养殖专用解磷菌的工业化发酵生产提供技术支持。【方法】通过单因素试验筛选适合解磷菌菌株PSBHY-3生长的发酵培养基碳氮源及其含量;采用Plackett-Burman试验筛选获得对菌量影响最显著的3个因子;通过最陡爬坡试验和Box-Behnken试验确定显著因子的最佳水平,建立主要培养参数的回归方程,得出优化后显著因子的最佳值及预测菌量;通过摇瓶试验验证,检验模型方程的准确性。【结果】菌株PSBHY-3的最佳碳源、氮源分别为可溶性淀粉和蛋白胨—酵母膏（1∶1）。以温度（A）、蛋白胨—酵母膏（B）和转速（C）为因素变量,菌株PSBHY-3的菌量为响应值,拟合得到二次多元回归方程Y=17.10-0.88A+0.55B+1.27C+0.24AB+0.34AC-0.24BC-3.57A2-2.78B2-6.13C2。优化得到的解磷菌菌株PSBHY-3最佳发酵培养参数为:可溶性淀粉10.0 g/L,蛋白胨10.18 g/L,酵母膏10.18 g/L,氯化钠3.0 g/L,硫酸镁1.0 g/L,pH 7,培养温度35.54℃,转速164 r/min,接种量1%,装液量60%（V/V）。在最佳发酵培养条件下,菌量实际值为1.81×109 CFU/mL,与理论菌量（1.72×109 CFU/mL）间无显著差异（P> 0.05）,但显著高于优化前采用营养肉汤培养的菌量（1.90×108 CFU/mL）（P< 0.05）。【结论】通过单因素试验、Plackett-Burman试验、最陡爬坡试验和Box-Behnken试验等优化了菌株PSBHY-3的发酵参数,显著提高了目的菌量,回归方程预测准确,优化后的发酵参数可用于水产养殖专用解磷菌的工业化发酵生产。     

混合菌种固体发酵菜粕生产氨基酸肥料的条件研究

 【目的】通过响应曲面法优化以菜粕作为主要基质,两株产蛋白酶菌株嗜麦芽糖寡养单胞菌Stenotrophomonas maltrophilia G12（FJ211222）和短小芽孢杆菌Bacillus pumilus K11（FJ211221）混合菌种固体发酵生产氨基酸肥料的发酵过程参数,为实际生产提供理论依据。【方法】利用响应曲面法（response surface methodology）,中的Plackett-Burman设计和Box-Behnken设计完成整个优化过程,用Mintab 15.0软件和Design-Expert 7.0软件分析试验数据。【结果】最终确定了麸皮添加量,基质起始含水量和起始pH为影响固体发酵酶解过程的主要因素,得出固体发酵过程主要工艺参数：发酵周期6 d,麸皮添加量14.1%,基质含水量54.4%,起始pH 9.15,接种量5.0%,菌液体积比为1﹕1,每24 h翻抛1次。【结论】发酵过程参数优化后的菜粕蛋白水解度达到了13.1%,增加了游离氨基酸和小肽含量。     

棉秸秆纤维素降解菌系构建及固体发酵条件优化

【目的】构建棉秸秆降解菌系及其固体发酵条件优化。【方法】根据羧甲基纤维素酶活(CMC)和滤纸酶活(FPA)筛选纤维素降解能力强的菌株,与调节发酵品质的菌株配比,采用响应面法评价初始含水量、接种量、发酵天数及其交互作用对棉秸秆纤维素降解率的影响。【结果】得到24株纤维素降解菌,其中一株透明圈直径与菌落直径的比例最大值 6.20,FPA酶活力9.699 U/h,CMC酶活力10.435 U/h,通过鉴定为枯草芽孢杆菌(bacillus subtilis),与产朊假丝酵母(Candida utilis)、植物乳杆菌(lactobacillus plantarum)、地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)构建复合菌系按1∶1∶2∶1进行发酵,对模型进行方差分析,方程回归显著(P<0.000 1),接种量15.0%,发酵时间35.0 d,水分80.0%时,纤维素降解率达35.91%,接种量对纤维素降解率影响最大。【结论】构建了棉秸秆纤维素降解菌系,确定了固体发酵最佳条件,为棉秸秆饲料化提供了实验及理论依据。     

白腐菌发酵玉米秸秆最佳条件研究

【目的】以玉米秸秆为材料,研究白腐菌对其发酵的最佳条件。【方法】采用L₉（3⁴）正交试验设计,以发酵后玉米秸秆中的粗蛋白和粗纤维含量为指标,以白腐菌发酵玉米秸秆时的秸秆含水率、温度、接种量、起始pH为主要影响因素,筛选白腐菌发酵玉米秸秆的最佳条件。【结果】白腐菌发酵玉米秸秆的最优条件为：秸秆含水率为70%,温度为30 ℃,接种量为0.25 g/kg,起始pH为4,在此条件下发酵7 d,秸秆粗纤维含量由348.7 g/kg下降为299.4 g/kg,粗蛋白含量由58.3 g/kg升高为116.6 g/kg。【结论】筛选出了白腐菌发酵玉米秸秆的最佳条件,为玉米秸秆资源化利用提供了参考。     

不同配比污泥对玉米秸秆产气特性的影响

[目的]研究玉米秸秆不同接种物浓度下的产气特性,为秸秆在大规模沼气工程中的应用提供参考.[方法]以玉米秸秆为发酵原料,接种不同比例的厌氧污泥,采用批量发酵工艺,在38℃左右条件下进行厌氧发酵.[结果]经过50d的发酵后,秸秆中大部分物质可以得到分解.当厌氧污泥和秸秆比例为10∶3(两者TS比0.57、VS比0.46)、总TS浓度为10.16%时,秸秆产气效果最佳,TS产气率为370 mL/g,沼气中甲烷含量为56.04%.[结论]玉米秸秆发酵过程中,随接种污泥比例加大,秸秆的产气量和产气率逐渐升高,但接种量达到一定比例时,原料产气量和产气率升高不再明显.     

棉秆炭化还田对棉花生长及土壤理化特性的影响

【目的】研究西北连作棉田秸秆炭化还田对棉花生长和土壤性质的影响,提炼适宜的秸秆还田技术,为西北棉花秸秆还田提供技术支撑。【方法】试验设置为田间试验,6个处理,分别为:1、秸秆移除(CK);2、秸秆还田(S);3、有机肥还田(M);4、炭化还田(1.5Bc);5、有机肥+棉秆炭(MBc);6、炭化还田(3.0Bc)。在棉花生长后期测定棉花的生长指标、生物量、产量,并采集土样,分析相关指标。【结果】与秸秆移除(CK)相比, 棉花植株的株高、茎粗、叶长和叶宽均以有机肥还田及其与炭化还田的配合施用最大,分别增加了8.89%、11.86%、11.82%、11.39%。产量则以有机肥还田、有机肥还田与炭化还田的结合两个处理对产量的提高幅度最大, 分别为43.06%、37.01%,其次是1.5Bc和3.0Bc两个处理,均显著增加了棉花产量,分别达到了18.15%、30.25%;地上部干物质积累以3.0 t炭化还田处理提高幅度最大, 达到了34.94%,地下部以秸秆直接粉碎还田提高幅度最大,为62.92%;土壤性质则以3.0tBc处理对土壤饱和含水量和田间持水量的增加幅度以及对土壤容重的降低幅度最大, 分别达到了11.03%、10.02%、4.77%。【结论】有机肥还田、炭化还田及其配施能够有效的促进棉花生长,增加棉花干物质积累,提高产量,改善土壤性质。     

绿色木霉固态发酵产纤维素酶条件研究

[目的]为了优化绿色木霉固态发酵产纤维素酶的条件。[方法]采用固态发酵方法对绿色木霉产纤维素酶的条件进行了研究,分别考察培养时间、培养温度、接种量、含水量和麸皮含量对纤维素酶活力的影响。[结果]不同因素对固态发酵条件下纤维素酶活的影响有明显的变化趋势。通过正交试验,得出绿色木霉固态产酶发酵的最优条件是培养温度30℃,培养时间5 d,接种量5%,含水量250%。[结论]该研究为绿色木霉对秸秆的转化应用提供了理论依据。     

绿色木霉固态发酵生产纤维素酶条件优化与酶的固定化

以麸皮与秸秆粉为主要原料,对影响绿色木霉固态发酵的因素如麸皮与秸秆粉的比例、发酵温度、时间、含水率、初始pH值、氮源浓度等进行研究。在单因素实验的基础上,采取正交实验设计,结果表明最佳固体发酵条件为：麸皮与秸秆比例4∶1,含氮量2%,培养温度28℃,培养时间72 h,起始pH 5,接种量10%,含水率175%（相对于固体发酵底物）。在此条件下,CMC 酶活达到1 1325 U·g-1,比未优化条件下酶活6124 U·g-1,提高了849%。利用包埋、交联和交联包埋三种方法对纤维素酶进行固定化,其中交联包埋法效果较好。     

不同预处理方法对麦秆厌氧消化产气特性的影响

【目的】探索不同的生物和化学预处理方法对麦秆厌氧发酵产气的影响,为提高麦秆能源转化率提供依据。【方法】采用自行设计的可控恒温发酵装置,以经生物（复合菌剂、糖酵酶、沼液）和化学（NaOH（添加量为60 g/kg）和氨水(20 mL/L)）方法预处理过的麦秆和未处理麦秆（CK）为发酵原料,以常温厌氧发酵池的底物为接种物,在总固体（TS）质量分数为8%的条件下进行批次厌氧发酵（35 ℃）,分析复合菌剂、糖酵酶、沼液、NaOH和氨水对麦秆厌氧发酵产气量、甲烷含量和pH值变化的影响,并对其产气指标（干物质产气率、挥发性干物质（VS）产气率和甲烷平均含量）进行比较。【结果】各预处理方法均可明显提高麦秆的日产气量峰值,并可提早产气高峰的出现时间。各处理总产气量的高低顺序为：NaOH＞复合菌剂＞糖酵酶＞沼液＞氨水＞CK;与CK相比,不同生物和化学预处理方法可提高麦秆产气量5.85%～48.16%,提高甲烷平均含量15.06%～39.47%。经NaOH预处理的麦秆发酵后总产气量为12 620 mL,比CK提高了48.16%;甲烷平均含量为46.8%,比CK高出39.47%。随着发酵时间的延长,所有处理pH均呈先下降后升高直至趋于稳定的变化趋势。经NaOH处理的麦秆发酵后TS、VS产气率显著高于其他处理(P＜0.05)。【结论】用NaOH（添加量为60 g/kg）对麦秆进行预处理后在35 ℃下厌氧发酵,可以有效提高麦秆的产气量。     

发酵棉秆屑的重组理化性质研究及配比筛选

[目的]研究发酵棉秆屑的颗粒重组对棉秆复合基质理化性质的影响,筛选适宜番茄栽培的有机复合基质配比.[方法]棉秆粉碎后按粒径分级,堆积发酵后再组合,以环刀法测试孔隙度,壮苗指数法筛选复合基质配比.[结果]适宜番茄的棉秆复合基质配比为20;:20;:20;:30;:10;{(≤0.5)mm:(0.5～1.0)mm:(1.0～2.0)mm:(2.0～3.0):(3.0～5.0)mm}+4x河沙+10;珍珠岩,总孔隙度为70;、气/水(非毛管孔隙/毛管孔隙)为1:2.[结论]棉秆粉碎发酵后,养分释放量增加;总孔隙度增加,其内在毛管孔隙度提高10～15个百分点,能够为作物根系发育提供丰富的养分及适宜环境.