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。     

自然干燥甜高粱茎秆长期贮藏及乙醇发酵研究

为了延长甜高粱乙醇生产原料供应时间,将甜高梁茎秆自然干燥后用于长期贮藏.分别考察干燥和长期贮藏过程糖分变化,结果显示,自然干燥过程中,茎秆的含水率(干基)由80％降低至18％时,总糖损失率为3.85％;不同含水率的茎秆经6个月长期贮藏,含水率为22％以下茎秆中的总糖和还原糖基本保持不变.表明自然干燥过程使总糖损失较小,22％可作为甜高粱茎秆干燥贮藏的“安全含水率”.通过考察干燥的茎秆乙醇发酵的可行性,结果表明,固态发酵24 h即可达到终点,基质中的乙醇质量分数可以达67.06 mg/g(干基),发酵过程基本正常.通过该研究,表明自然干燥可作为甜高粱茎秆长期贮藏的一种较为有效的加工方式,可为解决甜高粱乙醇周年生产的原料供应问题提供一定技术参考.     

固态发酵玉米秸秆的菌株组合和发酵条件研究

为了提高玉米秸秆的综合利用效率,降低对环境的污染,保护生态环境,利用正交试验法研究了固态发酵氨化玉米秸秆生产饲料蛋白工艺中菌株组合、发酵温度和发酵时间对发酵产物真蛋白含量的影响。结果表明,发酵温度对发酵产物真蛋白含量具有显著影响（P〈0.05）,发酵时间、发酵温度与发酵时间之间的交互作用对发酵产物真蛋白含量具有极显著影响（P〈0.01）。最佳菌株组合为青霉和葱色串孢,最佳发酵条件为发酵温度25℃、发酵时间5 d。在最佳菌株组合和最佳发酵条件下,玉米秸秆经氨水氨化和固态发酵后真蛋白含量由2.05%提高到29.66%,比原料本身的真蛋白含量提高了13倍多;粗蛋白含量由2.80%提高到35.41%,比原料本身的粗蛋白含量高提高了11倍多。     

甜高粱茎秆固态发酵生产燃料乙醇研究

该文通过研究甜高粱茎秆M-81E固态发酵生产燃料乙醇的主要影响因素,确定发酵条件为:耐高温酿酒酵母接种量为3%,发酵初始基质含水率为76%,添加0.25?Cl2,0.25%MgS04·7H2O,40℃发酵24 h,乙醇得率为6.42 g/(100g)甜高粱茎秆,转化率为90.5%,残糖含量低于0.3%;添加10 FPU/g纤维素酶和10 CBU/g β-葡萄糖苷酶,进行同步糖化固态发酵,乙醇得率为7.53 g/(100 g)甜高粱茎秆,与不添加纤维素酶和β-葡萄糖苷酶的相比,乙醇得率提高了14.6%.     

棉籽粕固态发酵过程及其动力学模型构建

为了研究枯草芽孢杆菌Bs-1在工业化条件下发酵棉籽粕的过程,该文采用槽式发酵方式,测定了发酵过程中物料堆温、含水率、粗蛋白、酸溶性蛋白和游离棉酚质量分数;并采用Logistic方程建立芽孢杆菌Bs-1生长模型,在其与粗蛋白、酸溶性蛋白和游离棉酚质量分数相关性分析的基础上,构建了固态发酵动力学模型并进行了发酵成本分析。结果表明:棉籽粕槽式发酵过程中的温度和含水率均呈现一定的变化规律;粗蛋白质量分数、酸溶性蛋白质量分数分别较发酵前提高了9.28%和46.51%,游离棉酚质量分数降低了42.31%。Bs-1的生长与粗蛋白质量分数(R2=0.831)和酸溶性蛋白质量分数(R2=0.867)呈正相关,与游离棉酚质量分数(R2=0.976)呈负相关;建立了棉籽粕固态发酵动力学模型。分析表明,该模型计算值与试验值能较好吻合,且发酵成本低。表明该模型可应用于工业化生产,对实现发酵棉籽粕的产业化生产,具有较好的参考价值。     

啤酒糟生产菌体蛋白饲料的试验研究

利用啤酒糟中的残糖和碳水化合物，适量补充氮源和菜籽粕，采用微生物固态发酵方法生产菌体蛋白饲料。试验结果表明：产品比发酵前粗蛋白提高10％以上，粗纤维降解率达10％以上，16种氨基酸总和占粗蛋白总量的比例达到了82%以上。试验证明啤酒糟为主要原料生产菌体蛋白饲料对有效利用啤酒糟资源和开发饲料蛋白具有重要的意义。     

甜高粱茎秆固态发酵制取燃料乙醇中试项目经济评价

对建立在中国山东省威海市的甜高粱茎秆固态发酵制燃料乙醇中试项目工艺进行了描述,采用成本效益法对该项目进行了技术经济评价。该项目采用固态发酵法,乙醇转化率达到理论值的95.8%,剩余酒糟渣再进行发酵,获得含粗蛋白8%左右的发酵蛋白饲料。成本效益分析表明,无水乙醇的生产成本为5033.8元/t,蛋白饲料的生产成本为101元/t。现金流分析表明,当社会折现率取10%时,项目的净现值为281.75万元,内部收益率为16.05%;益本比为0.953,动态投资回收期为9～10 a,项目具有一定的获利能力。敏感性分析表明,内部收益率对产品价格和运行成本变化的敏感性最高,对初始投资的敏感性较低,在现有规模和工艺条件下,该项目的市场风险主要来自产品价格。     

甜高粱茎秆固态发酵制取燃料乙醇中试项目能耗分析

对以甜高粱茎秆为原料燃料乙醇中试项目的工艺进行了描述,对乙醇及副产品生产进行了能耗分析。该项目采用固态发酵工艺,乙醇转化率达到理论值的95.8%,并对剩余的茎秆渣进行综合利用,实现了余热回收利用,具有低排放的环保特性。项目年产无水乙醇1000t/a、发酵秸秆蛋白饲料1500t/a和秸秆纤维纸浆5000t/a。能耗分析表明,在考虑余热回收情况下,系统全年生产总能耗为4.31×106kW·h/a,无水乙醇的单位生产能耗为2759.67kW·h/t,蛋白饲料的单位生产能耗为36.86kW·h/t,秸秆纤维纸浆的单位生产能耗为298.41kW·h/t。无水乙醇生产工艺中回收余热量8.9×105kW·h/a。该系统中乙醇生产能量回收率为62.9%,高于以玉米等粮食原料生产乙醇的能量回收率。     

甜高粱茎秆固态发酵生产燃料乙醇的工艺优化研究

为了开发新型生物质能源,研究了用甜高粱茎秆生产燃料乙醇的工艺参数,在单因素试验的基础上用正交试验进行工艺参数的优化。结果表明,发酵温度、pH值、酵母营养盐对甜高粱秆固态发酵乙醇产率、起酵速度和发酵周期有显著影响;而酵母类型和装料系数只影响乙醇产率和起酵速度,对发酵周期无明显影响。试验中当装料系数为80%、pH 3.5、采用丹宝利酵母,添加营养盐2进行发酵时,最佳工艺参数为：发酵温度为22℃或25℃,营养盐添加量为0.02%,酵母接种量为0.08%,在此条件下发酵,最高酒精度可达6.6%（V/V）。该研究结果为中国燃料乙醇的发展提供科学依据。     

钝化剂对猪粪厌氧发酵沼渣中As的钝化效果及工艺优化

由于饲料添加剂的使用,规模化养殖场猪粪中重金属残留加剧。为了减少重金属污染,阐明钝化剂对发酵过程中As在沼渣中的含量及其形态转化的影响,为沼渣沼液的安全合理利用提供科学依据,该文以重金属As为研究对象,猪粪为发酵原料,采用厌氧发酵技术,通过正交试验,选取3个因素,每个因素3个水平,采用BCR提取法分析重金属形态。研究不同种类钝化剂(粉煤灰、硅藻土、活性炭),钝化剂的不同添加比例(2.5%,5%,7.5%)及不同发酵温度(25,30,35℃)对猪粪中重金属钝化效果的影响,结果表明:1)猪粪经厌氧发酵后重金属As大多数存留在沼渣中,在沼渣中质量分数范围在5.50~6.56 mg/kg之间;发酵前猪粪中残渣态质量分数为3.38 mg/kg,猪粪厌氧发酵后残渣态含量升高,说明添加钝化剂可以降低重金属As的生物活性,从而有效减少重金属的危害;2)影响重金属As有效态钝化效果的因素主次顺序为钝化剂种类,钝化剂的添加比例及发酵温度;钝化剂种类对As有效态钝化效果有显著的影响,而钝化剂添加比例及发酵温度对有效态钝化效果影响不显著;3)重金属As有效态的钝化效果最好的是添加7.5%的活性炭,发酵温度为30℃的试验处理,其钝化效果可达到62.34%。猪粪厌氧发酵中添加适量的重金属钝化剂,可以在一定程度上降低沼渣中重金属的有效性以及沼渣利用中重金属污染的风险。     

Pretreatment and Enzymatic Hydrolysis of Sorghum Bran

Sorghum bran has potential to serve as a low‐cost feedstock for production of fuel ethanol. Sorghum bran from a decortication process (10%) was used for this study. The approximate chemical composition of sorghum bran was 30% starch, 18% hemicellulose, 11% cellulose, 11% protein, 10% crude fat, and 3% ash. The objective of this research was to evaluate the effectiveness of selected pretreatment methods such as hot water, starch degradation, dilute acid hydrolysis, and combination of those methods on enzymatic hydrolysis of sorghum bran. Methods for pretreatment and enzymatic hydrolysis of sorghum bran involved hot water treatment (10% solid, w/v) at 130°C for 20 min, acid hydrolysis (H₂SO₄), starch degradation, and enzymatic hydrolysis (60 hr, 50°C, 0.9%, v/v) with commercial cellulase and hemicellulose enzymes. Total sugar yield by using enzymatic hydrolysis alone was 9%, obtained from 60 hr of enzyme hydrolysis. Hot water treatment facilitated and increased access of the enzymes to hemicellulose and cellulose, improving total sugar yield up to 34%. Using a combination of starch degradation, optimum hot water treatment, and optimum enzymatic hydrolysis resulted in maximum total sugar yield of up to 75%.     

Biodegradation of viticulture wastes by Pleurotus: a source of microbial and human food and its potential use in animal feeding

The bioconversion of vineyard pruning and grape pomace by Pleurotus spp. using a solid state fermentation (SSF) was evaluated. Fruiting body production and chemical changes in the substrates after harvesting were measured. Biological efficiency and bioconversion ranged from 37.2 to 78.7% and from 16.7 to 38.8%, respectively. The best substrates for mycelial growth and mushroom yield were the mixtures with higher vineyard pruning content. Inclusion of pruning content had higher phenolic components and total sugars, better C/N ratio, and lower crude fat and total nitrogen than pomace. On the contrary, mycelium grew more slowly and scarcely in all treatments with 100% grape pomace. Moisture, protein, fat, and lignin contents were generally higher in mixtures with higher pomace proportion, whereas neutral detergent fiber, hemicellulose, and cellulose contents were higher with pruning content. Pleurotus strains may act depending on the availability of fiber fractions of substrate, and dynamic changes in digestion might occur as these fractions change during fungal growth. The recycling of viticulture residues through SSF by Pleurotus has great potential to produce human food and yields an available high-fiber feed for limited use in ruminants.     

植物生长调节剂对甜高粱茎秆贮藏中糖分变化的影响

为降低甜高粱茎秆采后自然贮藏期内含糖量损失,掌握糖分损失与有关酶活性变化的关系,该文研究了采用植物生长调节剂处理甜高粱植株对其采后贮藏含糖量影响,以及有关酶活性的变化情况。结果表明,用适当种类和剂量的植物生长调节剂处理可以将甜高粱茎秆贮藏期延长到3～4个月,贮藏至112d,赤霉素(40mg/L)、马来酰肼钾盐(400mg/L)、萘乙酸钠(70mg/L)处理的茎秆干基含糖量分别为初始值的95%、92%和94%,均显著高于对照组。采用适当种类和剂量的植物生长调节剂对调节与甜高粱茎秆采后衰老及糖代谢有关酶的活性具有显著作用,这3种植物生长调节剂对甜高粱茎秆采后糖分损失的抑制与其调节有关酶活性有关。该项研究为解决大规模使用甜高粱茎秆制取燃料乙醇过程中的茎秆贮藏问题提供了参考。     

菌/酶添加对甜高粱渣青贮预处理作用的强化效果

为实现生物质甜高粱渣的青贮强化预处理和能源化利用，该研究探究了不同添加剂对其青贮质量和酶解糖化效果的影响。试验设置对照组（CK组）、植物乳杆菌组（L组）、纤维复合酶组（E组）和复合添加剂组（LE组），系统考察甜高粱渣在21 d青贮预处理期间的营养成分、木质纤维组分和发酵品质的动态变化，采用隶属函数法评价青贮质量，利用高通量测序技术分析青贮预处理过程的微生物菌群动态演绎。结合酶解糖化性能评价青贮预处理作用的强化效果，从而筛选适宜的添加剂。结果表明：青贮预处理后甜高粱渣的粗蛋白、淀粉、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、半纤维素和纤维素等能量组分含量显著高于原料（P<0.05）。青贮21 d时，3个添加剂组的干物质、可溶性碳水化合物和粗蛋白含量显著高于CK组（P<0.05），综纤维素含量显著低于CK组（P<0.05），且E组的干物质含量最高，L组的粗蛋白含量最高，E组和LE组的可溶性碳水化合物含量最高。青贮预处理期间，3个添加剂组的pH值均低于4.2,L组的乳酸和乙酸含量明显高于CK组（P<0.05）,E组的乳酸/乙酸和乳酸/总有机酸比值显著高于CK组（P<0.05）...     

羊肚菌固体发酵转化厨余垃圾制取饲料的研究

厨余垃圾的无害化处理与资源化利用是我国生活垃圾处理的重要方面。为探索羊肚菌转化厨余垃圾制取饲料的最佳工艺,进而实现厨余垃圾的饲料化利用,利用食用蕈菌羊肚菌对厨余垃圾进行了固体发酵实验。结果表明,当厨余垃圾和辅料豆渣按11质量比混合,发酵时间为20d,发酵温度为25℃,pH在自然状态下,含水率为65,接种量为15时,饲料中粗蛋白质含量提高幅度最大,最终含量都在20以上,且粗脂肪含量均小于17,粗纤维含量小于16,符合国家蛋白饲料标准的要求。     

固定化酵母粒子强化及其对甜高粱茎秆汁液乙醇发酵的影响

采用正交试验设计开展了三亚乙基四胺(TTA)和戊二醛(GLU)的浓度和处理时间对海藻酸钙固定化酵母粒子的化学强度影响的试验研究，并以甜高粱茎秆汁液为原料，在5 L的反应器中进行乙醇发酵试验，考察强化后的固定化酵母粒子对乙醇发酵的影响。结果表明，最优的固定酵母粒子强化处理的方案为：TTA浓度为0.5%，处理时间为120 min；GLU浓度为0.5%，处理时间为8 min。连续8批次的甜高粱茎秆汁液乙醇发酵试验结果表明，最优组合强化后固定化酵母粒子用于乙醇发酵时，平均乙醇得率和变异系数(CV%)分别为84.78%和8.08%，而未强化的固定化酵母籽子为84.32%和9.68%，可见，最优组合强化后的固定化酵母粒子的发酵性能略优于未强化的固定化酵母籽子。该文为固定化酵母发酵甜高粱茎秆汁液制取生物乙醇技术的研究提供了参考。     

瘤胃液对全株甜高粱青贮质量的影响

甜高粱是一种重要的能源作物,为实现长时间贮存并提升糖化效率,该研究分析了瘤胃液不同添加量对全株甜高粱青贮品质和酶解糖化效果的影响。设置R1、R3、R5和R7共4个瘤胃液处理组(添加量依序分别为1、3、5和7 mL/100 g原料)和1个对照组(CK,等量蒸馏水),考察了瘤胃液不同添加量对全株甜高粱青贮过程中有机组分、发酵品质和酶解性能等质量指标的动态影响,并跟踪解析青贮期间微生物菌群的动态演绎。结果表明,添加瘤胃液能明显减少青贮甜高粱中的干物质、水溶性碳水化合物、粗蛋白以及木质纤维组分含量,使青贮pH和氨氮含量显著下降(P0.05),并与瘤胃液添加量呈负相关。青贮中的乳酸、乙酸含量随瘤胃液添加量和青贮发酵时间延长而明显增加(P0.05),瘤胃液强化了青贮发酵并有助于减少干物质损失,尤其在较高添加量时,青贮60d时的甜高粱综纤维素含量反而有所增加。4种瘤胃液处理组的门水平优势细菌主要为厚壁菌和变形菌,厚壁菌相对丰度随时间延长和瘤胃液添加量的增加而逐渐增加,变形菌门丰度则逐渐下降;属水平主要以乳酸杆菌、泛菌和醋酸杆菌为主,乳酸杆菌丰度与时间、瘤胃液添加量呈正相关,而泛菌则呈减少趋势。瘤胃液强化青贮后的甜高粱还原糖得率显著提升,尤其瘤胃液添加量为7 mL/100 g的R7处理组的糖得率较原料分别提高了11.06%(30 d)和19.28%(60 d)。添加瘤胃液能有效改善青贮甜高粱的发酵质量和生物降解性能,起到生物强化的预处理作用,为甜高粱的乙醇化利用奠定了基础。     

固定化酵母粒子强化及其对甜高梁茎秆汁液乙醇发酵的影响

采用正交试验设计开展了三亚乙基四胺(TTA)和戊二醛(GLU)的浓度和处理时间对海藻酸钙固定化酵母粒子的化学强度影响的试验研究,并以甜高粱茎秆汁液为原料,在5 L的反应器中进行乙醇发酵试验,考察强化后的固定化酵母粒子对乙醇发酵的影响.结果表明,最优的固定酵母粒子强化处理的方案为TTA浓度为0.5%,处理时间为120 min;GLU浓度为0.5%,处理时间为8 min.连续8批次的甜高粱茎秆汁液乙醇发酵试验结果表明,最优组合强化后固定化酵母粒子用于乙醇发酵时,平均乙醇得率和变异系数(CV%)分别为84.78%和8.08%,而未强化的固定化酵母籽子为84.32%和9.68%,可见,最优组合强化后的固定化酵母粒子的发酵性能略优于未强化的固定化酵母籽子.该文为固定化酵母发酵甜高粱茎秆汁液制取生物乙醇技术的研究提供了参考.     

不同糖质原料和菌株固态发酵制取乙醇的特性比较

利用固态发酵技术直接将糖质原料转化为乙醇,过程简单且糖利用率高,已经成为近年来的一个研发热点。为寻求最适原料及菌种,该文对不同原料和菌株进行固态发酵产乙醇特性进行了比较研究:2种菌株为实验室自行筛选酵母菌株TSH和市场上常见的安琪酿酒酵母菌株AGL;3种糖料作物为甘蔗、甜菜和甜高粱。结果表明,无论对于TSH或者AGL,投入相同质量的原料,由于可发酵总糖初始含量的不同,最终乙醇产量最高为甜菜,甜高粱次之,甘蔗最低。为消除原料初始糖含量不同造成的影响,该文比较了消耗单位质量糖分所生成的乙醇质量,发现对于2种菌株甜高粱都具有最高的乙醇/糖转化率,说明甜高粱茎秆中糖分用于生成乙醇的比率较多,而用于维持酵母菌自身生长繁殖及副产物生成的糖分较少。比较2菌株的发酵能力,对于甜高粱TSH表现出较为明显的发酵优势:发酵周期比AGL缩短了近6h,且乙醇/糖转化率略高于AGL;而对于甘蔗和甜菜原料,TSH的乙醇产率与AGL相差不大;说明自行筛选的TSH菌种对多种糖料发酵底物具有广泛适用性,具有良好的工业应用前景。该文对利用糖质原料固态发酵生产燃料乙醇工艺的工业化实现及改进具有一定的借鉴意义。