甜高粱茎汁及茎渣同步糖化发酵工艺优化

为了提高甜高粱秸秆乙醇生产中茎汁和茎渣的利用,以甜高粱茎汁及其渣为发酵原料,对茎汁茎渣混合原料同步糖化乙醇发酵的工艺条件进行优化研究。采用Plackett-Burman(PB)筛选设计试验筛选出影响甜高粱茎秆渣汁同步糖化乙醇发酵的显著因素。采用响应面法建立了同步糖化发酵乙醇生产的乙醇产量数学模型。根据该模型进行了工艺参数的优化,以乙醇产量为指标,试验所得甜高粱茎秆渣汁同步糖化化乙醇发酵的优化工艺条件为:发酵温度36.58℃,混合纤维素酶添加量=23.5(FBU/m L)/35.25(CBU/m L),甜高粱渣汁质量体积比为8.2%,理论预测乙醇产量为89.2%,在此条件下进行验证试验,乙醇产量为88.98%,平均质量浓度,验证了数学模型的有效性,为提高甜高粱茎汁及茎渣混合原料同步糖化发酵产乙醇和提高发酵效率提供参考。     

甘薯渣制备低聚糖发酵条件的优化

为了研发利用薯渣制备低聚糖工艺,以甘薯渣为原料,对Streptomyces.sp菌株发酵制备低聚糖的条件进行了优化。采用单因素试验,研究接种量、起始pH、发酵时间、料液比、发酵温度对低聚糖产量的影响,结果表明影响产量的关键因素为起始pH、发酵时间、发酵温度。以低聚糖产量为响应值,根据BoxBehnken中心组合设计原理采用三因素三水平的响应面分析法进行最佳条件的优化,结果表明:当起始pH值4.88,发酵时间104.97 h,发酵温度29.44℃,低聚糖的产量最高,为6.288μg·mL-1,在此条件下实际低聚糖的产量为(6.269±0.1)μg·mL-1。采用发酵法制备低聚糖方法切实可行,为进一步研究甘薯渣资源利用奠定了理论基础。     

响应面分析法优化甘薯乙醇发酵条件

以甘薯为原料采用发酵法生产乙醇,用三因素中心组合设计确定适宜的发酵培养基条件。通过响应面法分析料水比、(NH4)2SO4添加量、初始pH及其相互作用对乙醇发酵效率的影响。试验结果表明料水比、料水比和(NH4)2SO4添加量的交互作用及(NH4)2SO4添加量和初始pH的交互作用对乙醇发酵效率有显著影响。优化后的发酵培养基条件为:料水比22:68(w/v),(NH4)2SO4浓度0.65%,初始pH值4.2。在此发酵工艺基础上,乙醇发酵效率(91.35%)比对照提高6.02%,与模型预测值90.25%基本吻合。通过响应面分析得到的模型可以预测甘薯乙醇发酵的最佳培养条件。     

汽爆玉米秸秆同步糖化发酵产乙醇的工艺优化

该文对同步糖化发酵玉米秸秆生产纤维乙醇的工艺条件进行了研究,分别利用单因素试验和正交试验考察了影响发酵的工艺条件。结果显示：温度37℃、pH值4.8、底物15%（质量分数）、表面活性剂Tween-20 0.15%（质量分数）、纤维素酶用量30 U/g、酵母用2%的葡萄糖溶液活化,接种量5‰（相对底物干质量）、培养基的组成：KH2PO4 2.5 g/L,(NH4)2SO4 2.0 g/L,MgSO4·7H2O 0.15 g/L,CaCl2 0.35 g/L、发酵时间60 h为同步糖化发酵（SSF）生产乙醇的最优工艺条件,该条件下乙醇的体积分数为2.85%,乙醇得率达理论值的88.12%。     

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。     

能源甜菜酒精发酵的工艺优化及数学模型

利用菌种ADY（Saccharomyces cerevisiae）对能源甜菜NY0503进行酒精发酵。应用Plackett-Burman设计法从底物浓度、料液比、加菌量、营养盐添加量、加磷量、pH值、转速、发酵温度和发酵时间9个因素中筛选出了加磷量、发酵温度和底物浓度为主要影响因素,并用响应面分析法求出回归方程。结果表明,经优化后最佳工艺条件为：底物浓度12%、料液比（质量比）1︰1、加菌量15%、营养盐添加量0.5、加磷量1.9%、pH 5.0、转速130 r/min、发酵温度31℃和发酵时间44 h,共进行5批次验证试验,结果为酒精转化率的平均值为95.48%,与模型的理论值96.54%的差值仅占理论值的1.09%,进一步说明所建立的模型是切实可行的。     

不同乳酸菌发酵甘薯渣产物组分分析

为提高甘薯淀粉加工副产物的高值化利用水平,本试验以植物乳杆菌(Lp)、干酪乳杆菌(Lc)、保加利亚乳杆菌(Lb)、戊糖片球菌(Pp)、嗜热链球菌(St)、商业植物乳杆菌(SZ)6种乳酸菌分别对甘薯渣进行发酵,系统分析不同发酵产物的pH值、总酸含量及营养功能成分,并采用灰色理论加权关联度对甘薯渣发酵产物进行综合营养评价,筛选适宜发酵甘薯渣的乳酸菌菌种。结果表明,6种乳酸菌的发酵能力存在显著差异,其中Lb组pH值最低(3.15),Lc组总酸含量最高(27.90);同时,不同乳酸菌对发酵产物中营养功能成分的影响存在显著差异,其中Lb组乳酸含量最高(11.60 mg·mL^-1),SZ组乙酸含量最高(66.99μg·mL^-1),Lb组可溶性膳食纤维含量最高(0.74 g·100 mL^-1),St组总酚含量最高(146.87μg GAE·mL^-1)。与未发酵样品相比,Lc组游离氨基酸总量提高了3.71倍;所有发酵产物中的Mg、Ca、Fe、Zn、Se等矿物质元素含量均显著提高。进一步通过灰色理论加权关联度分析发现...     

苹果皮渣固态发酵生产菌体蛋白饲料工艺优化及产物品质分析

为提高苹果皮渣中粗蛋白的含量,以黑曲霉为发酵菌种发酵苹果皮渣,通过单因素试验对影响苹果皮渣固态发酵的参数进行优化,在此基础上进一步采用响应面试验筛选最佳发酵工艺参数,并对最佳工艺条件下的发酵产物品质进行分析。结果表明,黑曲霉发酵苹果皮渣的最佳工艺条件为:黑曲霉接种量10%、发酵温度32℃、水料比3.5、发酵时间6 d。此条件下苹果皮渣经发酵后粗蛋白含量从7.05%提高到33.56%,粗脂肪含量从4.75%提高到5.57%,粗纤维含量从21.80%降低到13.53%,氨基酸总含量从45.10 mg·g~(- 1)提高到126.30 mg·g~(- 1),必需氨基酸含量从16.13 mg·g-1提高到50.40mg·g~(- 1)。综上,黑曲霉发酵可以显著提高苹果皮渣的营养价值,这为苹果皮渣资源化利用、缓解蛋白质供需矛盾提供了有效途径。     

黑曲霉固态发酵苹果渣产木聚糖酶的工艺优化研究

为了获得有较高酶活值的低成本木聚糖酶产品,试验以苹果渣和棉粕为基料研究了黑曲霉(Aspergillus niger SL-05)固态发酵产木聚糖酶的最佳条件.初步试验结果表明:以棉粕和苹果渣(1:1)作为基础氮源和碳源得到的发酵曲的酶活值最高.通过Plackett-Burman试验筛选出了对产酶影响显著的3个因素:尿素、KH2PO4、含水率.进一步试验采用二次回归正交旋转试验设计研究了自变量(尿素、KH2PO4、含水率)对黑曲霉SL-05产酶的影响,通过响应面分析获得了产酶的最佳条件.模型的方差检验显示总回归达到了显著水平(P＜0.05),失拟性检验不显著,说明模型适合并且预测尿素、KH2PO4、含水率对产酶的影响非常有效.在最佳条件(基料棉粕和苹果渣比例为1:1,第2氮源尿素2.6%,无机盐KH2PO4 0.09%,速效碳源葡萄糖2%,含水率62.9%,30℃培养60 h)下,分别获得T5662、30000 U/g的木聚糖酶和纤维素酶的高酶活发酵干曲.以廉价的工农业废料作为基本培养基获得了有较高酶活的产品,经济优势明显.     

甘薯联合收获机高度自适应集薯装置设计与优化

甘薯收获是甘薯生产中用工量最多、劳动强度最大的环节。为了解决甘薯联合收获机集薯环节存在伤薯率高、自动化程度低等问题,该研究开展了高度自适应集薯装置的机械结构设计与控制系统搭建。系统及结构设计充分考虑物料物理性状及作业过程中的运动学与力学特性,通过新的集薯方式以满足落薯高度自适应、集薯装筐和自动卸料换筐等作业要求。通过落薯高度自适应功能减小并控制薯块下落的高度达到有效减少甘薯伤薯率与破皮率的目的。在单因素试验分析结论的基础上,以清选平台转速、落薯机构转速和落薯设定高度为试验因素,开展三因素三水平Box-Benhnken试验,以伤薯率、破皮率、微破率和损伤率为试验指标建立多元回归方程并进行响应面分析。回归模型进行多目标优化后获得装置最优工作参数组合为：清选平台转速108.07 r/min、落薯机构转速74.75 r/min、落薯设定高度18.15 cm。对优化结果进行验证试验,试验结果为：伤薯率0.39%、破皮率0.54%、微破率22.93%和漏薯率0.54%,各评价指标与模型预测值相近。研究结果可为甘薯联合收获机高度自适应集薯装置进一步设计与优化提供参考。     

玉米秸秆湿氧化预处理同步糖化发酵酒精

为了找到适合的玉米秸秆生产酒精工艺,该文采用碱性湿氧化预处理（195℃,15 min,Na2CO3 2 g/L,O2 1 200 kPa）与同步糖化发酵对玉米秸秆制备酒精进行了研究。结果表明：经过预处理,90%纤维素保留在固体中,回收率为95.87%。固体部分利用纤维素酶处理,在50℃ 24 h酶解率达到了67.6%。底物8%（质量分数）,经过142 h同步糖化发酵,酒精产量达到了理论酒精产量的79.0%。假定五碳糖和六碳糖都能够被利用,相当于1 t玉米秸秆能够产生262.7 kg的酒精。发酵过程中没有明显的抑制作用。该文为玉米秸秆发酵生产酒精提供了试验数据。     

步行式甘薯碎蔓还田机的设计与试验

为缓解中国丘陵坡地小田块甘薯碎蔓机械短缺问题,研究设计了步行式甘薯碎蔓还田机.该文在分析整机结构的基础上具体阐述了甘薯碎蔓还田机工作原理,阐明了碎蔓装置、刀座防磨损设计、导向轮调节机构和传动系统等关键部件的设计.甘薯秧蔓粉碎合格率、留茬高度和伤薯率是评价甘薯碎蔓还田机的主要指标,该文在单因素试验基础上运用Box-Benhnken的中心组合试验方法对甘薯碎蔓还田机的工作参数进行试验研究,以刀辊转速、离地间隙、刀片间距进行三因素三水平二次回归正交试验设计.建立了响应面数学模型,分析了各因素对作业质量的影响,同时,对影响因素进行了综合优化.试验结果表明:粉碎合格率影响显著顺序为刀辊转速＞离地间隙＞刀片间距;留茬高度影响显著顺序为离地间隙＞刀辊转速＞刀片间距;伤薯率影响显著顺序为离地间隙＞刀辊转速＞刀片间距;田间试验结果表明:最优工作参数组合为刀辊转速为1 950 r/min、离地间隙为25 mm、刀片间隙为40 mm,此时秧蔓粉碎合格率为94.88％、留茬高度为47.08 mm、伤薯率为0.23％,与理论优化值对比误差小于5％.研究结果可为步行式甘薯碎蔓还田机的结构完善和作业参数优化提供参考.     

4UZL-1型甘薯联合收获机薯块交接输送机构设计

为了解决4UZL-1型甘薯联合收获机作业过程中损失率大、伤薯率高等问题,该研究在分析4UZL-1型甘薯联合收获机整机结构的基础上开展薯块交接输送机构设计。以薯块交接输送过程中伤薯率和损失率为主要评价指标,在单因素试验基础上运用Box-Benhnken试验方法,以挖掘输送机构角度、刮板链输送角度、挖掘输送机构速度、刮板链输送速度为试验因素,对4UZL-1型甘薯联合收获机薯块交接输送机构工作参数进行四因素三水平试验研究,建立了评价指标对各因素的多元回归模型,分析了各因素对作业质量的影响,并得到了最优结构和作业参数。试验结果表明：各因素对损失率从大到小的影响顺序为刮板链输送角度、挖掘输送机构速度、刮板链输送速度、挖掘输送机构角度;各因素对伤薯率从大到小的影响顺序为挖掘输送机构速度、挖掘输送机构角度、刮板链输送速度、刮板链输送角度;当机器前进速度为1 m/s,挖掘输送机构角度为20°、刮板链输送角度为68°、挖掘输送机构速度为1.2 m/s、刮板链输送速度0.67 m/s时,薯块损失率为1.12%、损伤率为0.94%,与预测值相比,误差分别为3.4%和1.1%。研究结果可为甘薯联合收获机的结构完善和作业参数优化提供参考。     

以马铃薯为辅料的黄酒发酵条件优化

采用响应面方法对以马铃薯为辅料的黄酒发酵条件进行了优化。通过单因素试验、正交试验及中心组合试验优化得到以马铃薯为辅料酿造黄酒的最佳发酵条件为：酵母添加量0.114%(原料量的0.114%)、主发酵温度28℃、麦曲添加量14.0%(原料量的14.0%)、料水比1∶0.7、每100 g原料添加425μL糖化酶、发酵初始pH值4.0。在优化得到的发酵条件下酿造得到的以马铃薯为辅料的成品黄酒，其酒精度、酸度、色、香、味等各项理化指标和感官指标均符合国家黄酒标准GB/T 13662-2000，成品酒的感官品质得到了改善，且所含游离氨基酸含量为7063.4 mg/L，是普通黄酒游离氨基酸含量的1.2～2.5倍。     

单垄单行甘薯联合收获机薯秧分离机构设计与参数优化

针对中国甘薯联合收获机作业薯秧分离机构分离不彻底、甘薯损伤数量多、茎秆缠绕机具部件等亟待解决的问题,该文基于自走式甘薯联合收获机设计了一种结构简单、摘净率高、伤薯率低以及防茎秆缠绕的薯秧分离机构。根据设计计算确定了分离机构结构参数,其中挖掘输送装置总长度为2050mm,水平倾角为24°;主动轴和摘辊半径分别为18、36 mm;输送装置下层杆条与摘辊间距为27 mm,最上端与摘辊之间距离为251 mm。经过理论分析明确了甘薯的运动特性及其影响作业质量的主要工作参数机具前进速度、主动轴转速、输送装置水平倾角。通过薯秧分离试验发现在甘薯收获期薯秧分离力与其含水率变化规律符合二次函数关系,进一步开展田间试验借助Box-BenhnKen的中心组合设计方法选取主要工作参数对摘净率和损伤率的影响并作试验设计,以此为基础开展三因素三水平一次回归正交试验。在DESIGNEXPERT中使用响应曲面法分析各因素对摘净率和损伤率影响效应并对回归模型的参数进行优化。当田间试验取最优参数组合机具前进速度1.2 m/s、主动轴转速895 r/min、输送装置水平倾角24°时,摘净率和损伤率分别为98.14%、2.76%,分离效果满足甘薯收获要求。该研究也为其他土下果实联合收获作业果秧分离机构提供思路。     

马铃薯淀粉渣生料多菌种固态发酵生产蛋白饲料工艺

该研究以提高马铃薯淀粉渣的营养价值为目的。以马铃薯渣为主要原料,麸皮和蚕豆秸秆粉等为辅料,混合生料用纤维素酶进行降解处理后,再经黑曲霉与康宁木霉制备的糖化菌剂糖化降解,最后选用白地霉、产朊假丝酵母、酿酒酵母3种SCP发酵菌种,采用多菌协生生料固态发酵工艺研制马铃薯渣菌体蛋白饲料。通过对发酵产物中真蛋白、粗淀粉等指标的定量分析和感官特征的比较。结果表明,纤维素酶处理后的原料,经黑曲霉与康宁木霉双菌糖化降解后,在28℃条件下,经3种菌白地霉：产朊假丝酵母：酿酒酵母按8∶1.5∶0.5比例接种,混合发酵55 h