奶牛粪便与秸秆混合发酵过程通风工艺优化

通风是影响好氧发酵的重要技术参数,但目前对于奶牛粪便好氧发酵通风缺乏系统研究,导致发酵后物料质量参差不齐,为优化奶牛粪便好氧发酵过程中的通风参数,该研究采用响应曲面法,以通风速率、通停比、通风时间为3因素,通过中心组合试验设计方法(Box-Behnken Design)设计17组试验,以含水率和病原菌去除效率为响应值,...     

病死猪辅热快速好氧发酵工艺参数优化与装备研制

将病死猪、辅料拌合后加入发酵菌种,在50～70℃条件下进行辅热快速好氧发酵处理,可在短时间内将病死猪转化为干颗粒物料。为了优化发酵工艺参数,提高发酵处理质量,该文采用辅热快速好氧发酵试验装置,以猪死胎为原料、麸皮为辅料,选取通风量和温度为试验因素,以产物的总游离氨基酸(free amino acid,FAA)质量分数、含水率、粒度分布和pH值作为试验指标,开展了病死猪辅热快速好氧发酵处理试验。发酵温度选取50、60和70℃3个水平,通风量选取8、9和10 L/(L·min) 3个水平。结果表明,发酵温度60℃、通风量10 L/(L·min)时处理效果最佳。在此基础上,设计并试制了一台处理能力为150kg/批的病死猪辅热快速好氧发酵处理设备,并进行了初步试验。设定通风量为10 L/(L·min),发酵温度为60℃,发酵3d后物料中的FAA质量分数为20.74g/kg,含水率为14%左右,pH值为5.4,88.89%能通过4.75 mm编织筛,未检出大肠杆菌,平均每处理1 kg病死猪的能耗为2.37 kW?h。试验结果表明,试制的装备能在3 d内将冰冻状态的病死猪无害化处理转变为干颗粒物料,处理产物能满足后续有机肥生产的要求。     

温度及总固体浓度对粪秆混合发酵产气特性的影响

为探索温度、发酵料液总固体浓度和产气量之间的关系,确定最佳发酵温度以及进料量,通过自行研究设计的可控性恒温发酵装置,以5℃为梯度在20～40℃温度范围内,设置以4%为梯度,质量分数为4%～20%的5个总固体浓度,以鸡粪和玉米秆2∶1（干物质量比）混合物为发酵原料,以常温厌氧发酵池的底物为接种物,进行批量厌氧消化试验,研究不同总固体浓度的发酵原料在不同温度下的厌氧发酵效果。结果显示,各总固体浓度发酵料液的产气速率均随着发酵温度的升高而加快;随总固体浓度增大,发酵料液产沼气的最适温度范围也随之扩大;各总固体浓度发酵料液的干物质产气率在5个温度的平均值依次为料液总固体质量分数8%＞20%＞16%＞12%＞4%;鸡粪和玉米秆2∶1混合原料厌氧发酵的理论最优总固体质量分数及发酵温度值分别为14.6%,32.8℃。可以看出,发酵料液浓度并不是越高越好,不同的温度有其最适的浓度或浓度范围。     

水稻纹枯病生防菌株的筛选及其应用方式的研究

生物防治微生物的应用方式对生防效果具有显著影响。本研究利用分离到的生防菌株T12孢子粉、有机肥吸附菌丝(菌丝吸附)和固体发酵产品(固体发酵)3种水稻纹枯病生防菌的应用方式,研究了3种应用方式对水稻纹枯病发病率、微生物数量以及水稻抗病性酶活性的影响,分析了不同应用方式的生防效果。结果表明,生防菌株T12鉴定为棘孢木霉(Trichoderma asperellum)。孢子粉、菌丝吸附和固体发酵的应用方式都能够防控水稻纹枯病,其中固体发酵应用方式的防效最好,防治率为89.5%。相较于孢子粉处理,应用菌丝吸附和固体发酵的方式能够显著(P0.05)增加水田中立枯丝核菌(Rhizoctonia solani)菌核表面附着的木霉菌数量。水稻移栽20 d测定水稻茎秆上木霉菌数量显示,固体发酵和菌丝吸附应用方式有利于木霉菌在水稻茎秆定殖;水稻移栽60 d、100 d和130 d测定木霉菌数量表明,孢子粉处理木霉菌数量高于固体发酵处理,固体发酵处理高于菌丝吸附处理(P0.05)。水稻生育期内,对照处理立枯丝核菌数量从41 cfu-g-1增加到272 cfu-g-1,孢子粉处理和菌丝吸附处理水稻茎秆上立枯丝核菌数量低于对照处理,但均高于固体发酵处理(P0.05)。测定水稻几丁质酶和β-1,3葡聚糖酶活性的结果显示,3种应用方式都能够诱导水稻产生抗性,相较于孢子粉处理,菌丝吸附和固体发酵处理能够在水稻生育期内持续诱导水稻产生抗性。棘孢木霉T12菌株固体发酵产品的应用方式更有利于对水稻纹枯病的生物防控。     

吸水链霉菌(Streptomyces hygroscopicus)B04固体菌剂对草莓生长及果实品质影响的研究

吸水链霉菌(Streptomyces hygroscopicus)B04是一株生防菌,本文采用De Wit模型研究了B04固体发酵的最佳基质配比,利用盆栽试验及田间实验研究B04固体发酵菌剂对草莓生长及果实品质的影响。结果表明,菌株B04固体发酵基质的最佳配比是蚯蚓粪与麦麸质量比1∶1,在料水比1∶0.8、pH 7.2~7.5、28℃条件下,发酵周期7 d,菌体数量能达到5.3×10~(10)CFU·g~(-1)。盆栽试验证实,B04固体发酵菌剂能显著促进草莓生长,增加草莓植株生物量,并降低草莓发病率,生防效果达到64.35%。田间实验表明,B04固体发酵菌剂能明显改善草莓品质,提高草莓果实中维生素C含量,增加糖酸比。     

花生秧厌氧发酵产沼气试验

试验以花生秧为原料,采用厌氧发酵工艺,对其沼气发酵潜力进行研究,结果表明花生秧沼气发酵潜力达0.349m3/Kg。采用正交试验方法对花生秧沼气发酵的工艺参数优化配置进行了研究,结果表明发酵温度,发酵料液总固体浓度,pH值对其发酵结果均有不同程度影响,其中发酵温度和总固体浓度对沼气产量和甲烷产量的影响显著。最优的工艺条件为：发酵温度35℃,总固体浓度20%,pH=7.5,接种量1∶1。添加一定比例牛粪能明显提高产气速度。该文为规模化利用花生秧生产沼气提供了参考。     

高活菌数复合益生菌发酵乳工艺优化

益生菌发酵乳中的活菌数是保证其功能特性的关键因素,为提高益生菌发酵乳中的活菌总数,以干酪乳杆菌和双歧杆菌复合菌种为试验对象,以发酵过程中的pH值和吸光度平均值值为试验指标,在单因素试验的基础上,利用 Box-Benhnken中心组合试验和响应面分析法研究了接种量、益生菌接种比例、发酵温度、葡萄糖添加量以及大豆多肽添加量对发酵乳pH值和活菌数的影响,并建立了复合益生菌发酵模型。响应面优化试验结果表明复合益生菌发酵的最佳工艺条件是脱脂乳乳固体质量分数为12%,接种量为6%,干酪乳杆菌：双歧杆菌接种体积比为3∶1,葡萄糖添加量为2.9%,大豆多肽添加量为0.8%,发酵温度为34℃,在此条件下预测值为1.076,验证试验得到实际值为1.087,与理论预测值相比,相对误差为1.0%。发酵乳最大活菌数为4.1×1011 cfu/mL,与已有研究相比,活菌数提高了1-2个对数级。在4℃条件下贮藏21 d后,发酵乳的活菌数仍然保持在4.7×1010 cfu/mL。研究结果为工业化生产高活菌数的益生菌饮料提供参考。     

猪粪与马铃薯皮渣混合厌氧发酵产氢特性

为了提高厌氧产氢菌利用复杂物料的产氢能力和稳定性,该文研究了猪粪与马铃薯皮渣混合质量比对厌氧发酵产氢的比产氢率、挥发性固体去除率、液相末端产物组成等发酵特性的影响。试验结果表明,底物组成显著影响产氢发酵的发酵类型。以单纯马铃薯皮渣为底物时,体系的比产氢率最高达31.55mL/g,挥发性固体去除率为29.43%,发酵类型为丁酸型;当猪粪在发酵底物中的质量比从10:70提高至40:40后,体系的发酵类型由丁酸型转变为乙酸型,同时维持了较高的比产氢率(22.48～24.18mL/g)和挥发性固体去除率(28.31%～32.93%)。但是当猪粪逐渐变为主要发酵底物(猪粪与马铃薯皮渣质量比为50:30、60:20、70:10、80:0)时,发酵逐渐受到抑制,系统的比产氢率和挥发性固体去除率都明显下降。采用Modified Gompertz模型可以很好地拟合累积产氢量随时间的变化,其动力学参数最大产氢量、最大产氢速率和停滞时间可以作为混合物料产氢发酵代谢过程的重要评价指标。该研究为优化混合物料厌氧产氢发酵过程提供参考和依据。     

产细菌素的嗜酸乳杆菌WS发酵动力学模型的建立(简报)

为了嗜酸乳杆菌进一步工业化生产,需要确定嗜酸乳杆菌的发酵动力学模型,该文将嗜酸乳杆菌WS接种到MRS培养基进行发酵培养,根据其发酵过程特点,在Logistic方程和Luedeking-Pitet方程的基础上,建立了嗜酸乳杆菌WS发酵过程中菌体生长、基质消耗和产物形成的动力学模型,并用实际发酵实验值进行验证.结果表明,模型预测值和实验值吻合较好,说明该文建立的模型能较好地预测实际的发酵过程.     

噬氨副球菌HPD-2固体发酵条件优化及其对PAHs污染土壤的修复效果

选用有机肥A、有机肥B和紫花苜蓿粉3种有机物料作为菌剂载体,探讨了固体发酵过程中物料量、接种量、固水比和发酵时间对噬氨副球菌HPD-2生长的影响,以及固体发酵菌剂对PAHs污染土壤的修复效果。结果表明,3种发酵载体中,以有机肥A的效果最好。噬氨副球菌HPD-2以有机肥A为载体的固体发酵最佳条件为物料量20 g、接种量5%、固水比1:1、发酵时间 144 h。菌剂施入土壤28天后,土壤中PAHs总含量由初始的9.96 mg/kg 下降到7.64 mg/kg,其去除率达22.8%。不同环数PAHs的去除率高低顺序为3环＞5环＞6环和4环,分别下降了35.1%、27.0%、20.7%、20.4%。该菌剂对PAHs污染土壤有一定的修复效果。     

餐厨垃圾干发酵滚动式质热交换反应器设计与性能试验

为解决干式厌氧发酵传质传热效果差,易造成微生物生长代谢不均匀等问题,该研究设计一款反应器,利用罐体滚动代替搅拌,使底物自由混合,大幅度解决了干式发酵的阻碍。通过中温批次发酵验证反应器性能,并与搅拌式反应器进行对比,结果表明:滚动式反应器发酵过程中甲烷体积分数最高达74.89%;发酵前期挥发性脂肪酸有一定程度的积累,但在中期被迅速消耗,且未对产气和pH值造成明显影响;底物挥发性固体去除率高达68.74%,发酵体系稳定。微生物群落结构随着发酵进行,不同时期呈现动态变化,厚壁菌门(Firmicutes)是发酵体系中绝对的优势细菌门,最主要的古菌门是广古菌门(Euryarchaeota)。混合营养型的甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)伴随着发酵的推进成长为绝对优势甲烷菌属。     

搅拌结合pH控制10L发酵罐条件下乳酸菌发酵胡柚汁研究

为了提高10 L发酵罐发酵胡柚汁中活菌数、总酚含量和总黄酮含量,本试验以植物乳杆菌L1(Lactobacillus plantarum L1)和发酵乳杆菌L2(Lactobacillus fermentum L2)为发酵菌种发酵胡柚果汁,考察了摇瓶发酵条件下初始pH值和溶氧对胡柚汁乳酸菌发酵过程以及菌体细胞凝聚性的影响,并对10 L发酵罐发酵放大进行了研究。结果表明,不同pH值和装液量会影响胡柚汁发酵过程中活菌数、总酚含量和总黄酮含量,且胡柚汁发酵过程中乳酸菌细胞有自凝聚能力。在10 L发酵罐中控制搅拌转速为100 r·min^-1并结合pH控制发酵,胡柚汁发酵最大活菌数达到2.86×10¹⁰CFU·mL^-1,总酚和总黄酮最大含量分别达到268 和752 μg·mL^-1,比10 L发酵罐静置发酵分别提高47%、12%和13%,达到摇瓶最佳发酵效果。本研究结果为乳酸菌发酵胡柚汁饮料的规模化生产提供了理论依据。     

以菊芋粉为原料同步糖化发酵生产燃料乙醇

利用粟酒裂殖酵母（Schizosaccharomyces pombe）能发酵菊芋未水解糖液高产乙醇的特点提出了以菊芋粉为原料,同步糖化发酵生产燃料乙醇的新工艺。在摇瓶中考察了原料预处理方法、原料浓度和初始pH值对乙醇发酵的影响,进而在5 L发酵罐中考察了未调控pH值和恒定pH值与通气情况对乙醇发酵的影响。结果表明：该菌株最适pH值为4.0;100目筛分的菊芋粉发酵效果良好,115℃灭菌处理优于121℃,在此条件下,菊芋粉浓度200 g/L时,乙醇产量达到66.58 g/L,理论转化率为85.88%;发酵液pH值下降对乙醇发酵没有影响,通入适量氧气会导致乙醇产量的下降,这表明粟酒裂殖酵母进行乙醇发酵时不需要供氧;通入氮气保持厌氧环境不能显著提高乙醇产量,不通气进行乙醇发酵也达到高的转化率,因此在工业生产中,不必保持厌氧发酵环境。在此基础上,对菊芋粉补料发酵进行了试验,补料至菊芋粉终浓度为300 g/L,发酵终点乙醇浓度为94.81 g/L,理论转化率为81.54%。这些研究工作,为以菊芋为原料的燃料乙醇工业化生产提供技术依据。     

Ethanol Production from Pearl Millet Using Saccharomyces cerevisiae

Four pearl millet genotypes were tested for their potential as raw material for fuel ethanol production in this study. Ethanol fermentation was performed both in flasks on a rotary shaker and in a 5‐L bioreactor using Saccharomyces cerevisiae (ATCC 24860). For rotary‐shaker fermentation, the final ethanol yields were 8.7–16.8% (v/v) at dry mass concentrations of 20–35%, and the ethanol fermentation efficiencies were 90.0–95.6%. Ethanol fermentation efficiency at 30% dry mass on a 5‐L bioreactor reached 94.2%, which was greater than that from fermentation in the rotary shaker (92.9%). Results showed that the fermentation efficiencies of pearl millets, on a starch basis, were comparable to those of corn and grain sorghum. Because pearl millets have greater protein and lipid contents, distillers dried grains with solubles (DDGS) from pearl millets also had greater protein content and energy levels than did DDGS from corn and grain sorghum. Therefore, pearl millets could be a potential feedstock for fuel ethanol production in areas too dry to grow corn and grain sorghum.     

卷枝毛霉重组菌株Mc-MT-2培养条件优化及产油特性

前期工作构建了苹果酸转运蛋白基因过表达的卷枝毛霉重组菌株Mc-MT-2,该菌株的脂质含量大幅度提高。该研究从培养基成分筛选、微生物生长控制以及发酵模式等方面深入探讨Mc-MT-2菌株发酵产油脂的调控策略。结果表明,Mc-MT-2菌株最佳生长及产孢培养条件是以葡萄糖与苹果酸为复合碳源且复合配比为9∶1,氮源为胰蛋白胨,其他成分同Kendrick培养基,初始pH值为5。经分批培养获得生物量、脂质含量和脂质产量分别为11.2 g/L,24%和2.6 g/L。在3 L发酵罐扩大培养中,补料培养Mc-MT-2菌株获得生物量、脂质含量和脂质产量最大值为15.4 g/L、28.6%和4.4 g/L,比分批培养分别提高1.38、1.19和1.69倍。该研究为卷枝毛霉重组菌株Mc-MT-2在脂质生产中的进一步应用奠定理论基础。     

Effect of Aflatoxin B1 on Dry‐Grind Ethanol Process

Aflatoxins, like all mycotoxins, are toxic fungal metabolites that can have adverse health effects on animals and human beings. Aflatoxins are a major concern for the dry‐grind corn processing industry as it is believed that aflatoxins affect yeast and reduce its efficacy in producing ethanol. In the present study, aflatoxin B1 (100, 200, 350, or 775 ppb) was added to mycotoxin‐free corn and laboratory‐scale fermentations were conducted. No effect of aflatoxin B1 was observed on the fermentation rates or final ethanol concentrations. Mean ethanol concentration in the fermenter was 14.01–14.51% (v/v) at 60 hr for all the treatments. In the dry‐grind ethanol process, 55% of aflatoxin B1 was detected in wet grains and 45% in thin stillage.     

Cu对厌氧发酵中水解酶活性及沼气产量的影响

为了探讨重金属Cu对厌氧发酵产沼气的影响机制,在中温条件下(37℃),研究了猪粪中Cu含量(以干猪粪的质量分数计)对厌氧发酵过程中水解酶活性及产气进程的影响。结果表明:整个发酵过程中CK处理(Cu质量分数49.70mg/kg)的纤维素酶活性及蔗糖酶活性显著高于H处理(Cu质量分数949.70mg/kg),CK、L(Cu质量分数349.70mg/kg)处理的脲酶活性显著高于M(Cu质量分数649.70mg/kg)、H处理(p<0.05)。H处理对原料的产沼气进程有明显的抑制作用,日产气量在消化的前34d一直低于CK、L、M处理,CK处理总产气量比H处理高9%。相关性分析表明,CK处理的3种水解酶活性、L处理的脲酶活性、M处理的蔗糖酶活性均与产气速率呈显著正相关(p<0.05),而H处理这种关系不明显,表明外源Cu可能通过影响微生物活性等多方面因素对产气速率造成综合影响,导致水解酶活性与产气速率相关性不显著。该文研究结果可为提高厌氧发酵产气效率,实现畜禽粪便资源高效利用提供参考。     

柔性膜覆盖车库式厌氧干法发酵系统结构设计与应用

针对目前厌氧发酵中沼液沼渣量大难处理、原料预处理难、耗水量大、原料适应性差等问题,导致沼气工程运行成本高、效率低、劳动强度大、费工费时,该文设计一种柔性膜覆盖车库式厌氧干法发酵系统,可适用于多元有机物料混合厌氧发酵。该系统是将国外车库式干发酵技术和国内柔性膜覆盖技术耦合研制而成,根据厌氧干发酵生产工艺要求,确定了该发酵系统关键结构参数和运行工作参数,进行了干发酵库体的结构设计、冬季发酵增温系统设计、喷淋强化传质传热系统设计与试验。通过生产应用表明:干发酵库体的结构设计合理,增温系统设计能够满足干发酵工程冬季增温工艺要求,喷淋系统能够达到传质传热目的,发酵系统运行状况良好,产气率为0.81 m~3/(m~3·d),CH_4体积分数为67%,原料降解率为48%,该发酵系统运行稳定、可靠,大大提升了处理农村有机废弃物的能力,促进了厌氧干发酵技术的持续、健康、快速发展。     

汽爆预处理青玉米秸秆厌氧发酵特性

为了研究青玉米秸秆未汽爆和汽爆预处理后厌氧发酵产沼气特性,该文采用汽爆压力为2.5MPa,保压时间为90s,加入质量分数为30%的沼液,未气爆青玉米秸秆的TS(总固体物)质量分数为6%,汽爆预处理青玉米秸秆厌氧发酵的TS质量分数分别为1%、2%、3%、4%、6%、8%、10%和15%,考察了厌氧发酵过程中pH值和产气量随时间和TS质量分数的变化。结果表明:未汽爆秸秆在TS质量分数为6%时能够顺利厌氧发酵,但汽爆秸秆厌氧发酵液极易酸化,且无法调节,适宜的TS质量分数最大为4%;未汽爆秸秆挥发性固体产气率为214.6mL/g,汽爆秸秆在TS质量分数为3%时产气率最大,为334.8mL/g,比未处理秸秆提高了56%;未汽爆秸秆的产气速率为3.3mL/(g·d),汽爆秸秆产气速率随TS质量分数增大而减小,在TS质量分数为1%时最大,为14.8mL/(g·d)。青玉米秸秆经汽爆预处理后其厌氧发酵产沼气的产气率和产气速率大大提高,可以节约发酵时间,缩短发酵周期,有利于秸秆能源化利用的工业化生产。     

Factors Impacting Ethanol Production from Grain Sorghum in the Dry-Grind Process

The goal of this research is to understand the key factors affecting ethanol production from grain sorghum. Seventy genotypes and elite hybrids with a range of chemical compositions and physical properties selected from ≈1,200 sorghum lines were evaluated for ethanol production and were used to study the relationships of composition, grain structure, and physical features that affect ethanol yield and fermentation efficiency. Variations of 22% in ethanol yield and 9% in fermentation efficiency were observed among the 70 sorghum samples. Genotypes with high and low conversion efficiencies were associated with attributes that may be manipulated to improve fermentation efficiency. Major characteristics of the elite sorghum genotypes for ethanol production by the dry-grind method include high starch content, rapid liquefaction, low viscosity during liquefaction, high fermentation speed, and high fermentation efficiency. Major factors adversely affecting the bioconversion process are tannin content, low protein digestibility, high mash viscosity, and an elevated concentration of amylose-lipid complex in the mash.