甜高粱茎秆残渣生料多菌种固态发酵生产蛋白饲料

为实现甜高粱茎秆残渣生产蛋白饲料的规模化应用,该研究将黑曲霉(Aspergillus niger)、里氏木霉(Trichoderma reesei),产朊假丝酵母(Candida utilis)和干酪乳杆菌(Lactobacillus casei)进行优化组合,添加不同质量分数尿素对甜高粱茎秆残渣进行生料固态发酵生产蛋白饲料。试验通过对比发酵前后粗蛋白、真蛋白、粗灰分和粗脂肪质量分数变化发现:添加4种菌的复合菌株,再添加1%尿素发酵8 d后能使以甜高粱茎秆残渣为底物的饲料中纤维素由33.00%降低至24.09%,半纤维素由20.99%降低至17.69%;粗蛋白质量分数由2.27%提升至7.14%,真蛋白由2.01%提升至6.41%。该研究简化了甜高粱秸秆残渣规模化生产饲料蛋白的工艺,为该工艺的推广应用奠定基础。     

侧孢霉利用玉米秸秆固体发酵产生木质纤维素酶的研究

以农作物秸秆为主要原料 ,采用微生物固体发酵方式对侧孢霉 (Sporotrichumsp) .产生木质纤维素酶进行了探讨。研究发现侧孢霉可降解作物秸秆的木质纤维 ,降解作用强 ,同时提高了发酵底物的蛋白含量。玉米秸秆、稻草、麦草及甜菜渣是发酵木质纤维素酶和单细胞蛋白的最适合发酵底物。在以玉米秸秆为原料的发酵过程中 ,发酵到第 4天菌体生长量达到最高值 ,比发酵初期的菌体生长量增加了 8倍 ;发酵第 6天培养物的粗蛋白含量由起初的 1 0 %提高到 1 7 5% ,对底物纤维降解率达到1 3 6%。侧孢霉在发酵过程中产生大量的木质纤维素酶 ,其中羧甲基纤维素酶 (CM Case)、β 葡聚糖苷酶 ( β Gase)、滤纸酶 (FPase)、木质素过氧化物酶 (LiP)和赖锰木质素过氧化物酶 (MnP)在本实验中进行了检测。结果表明 ,最大酶活性的产生时间是在发酵的第 4到第 6天之间 ,其酶活性分别为 :羧甲基纤维素酶 2 40 3 1U/ g ,β 葡聚糖苷酶 86 7U/ g ,滤纸酶 1 3 4 8U/ g ,木质素过氧化物酶 1 4 4U/ g ,赖锰木质素过氧化物酶 1 7 67U/ g。     

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%。     

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。     

麦秸与牛粪混合堆沤预处理厌氧干发酵产沼气中试试验

为阐释堆沤预处理对厌氧干发酵的影响,该文以小麦秸秆和牛粪为发酵原料,采用新型柔性顶膜车库式干发酵装置,在环境温度为26~35℃及发酵底物总固体质量分数为20%的条件下,研究麦秸与牛粪混合堆沤预处理后厌氧干发酵产气特性,分析了堆沤预处理以及厌氧发酵前后麦秸组分的变化。结果表明:堆沤预处理可以明显缩短厌氧干发酵的启动时间,提前工程运行中甲烷体积分数达到30%的产气收集要求时间,加快干发酵进程,进而间接加大了干发酵装置的处理能力,同时能使产气中甲烷体积分数提高10%以上,有效提升沼气品质。堆沤过程中虽有部分半纤维素被降解,损失了部分碳源,但堆沤后麦秸中纤维素的降解率提高了7%以上,累计产气量略有减少,但影响不大。     

海带渣与养殖固体废弃物混合发酵产沼气试验

废弃物的高效和资源化利用是现代渔业发展面临的重要课题。该文以海带渣和养殖固废为原料开展了两相发酵产沼气效果试验研究,探讨了中温条件下(35±1℃)料液TS浓度和接种率对混合水解酸化特性以及厌氧发酵产沼气效果的影响。结果表明,海带渣与养殖固废混合水解酸化过程启动很快,第2天乙酸浓度即达到峰值,5 d后丙酸和丁酸浓度增幅较快,水解酸化过程中甲酸产量相对较低。不同TS浓度(6%、8%和10%)和不同接种率(10%、20%和30%)的料液水解3 d,乙酸的酸化度分别为42.6%、50.0%、49.8%和50.7%、44.3%、40.3%;主要有机酸(乙酸+丁酸+甲酸)的酸化度分别达到61.7%、68.7%、62.2%和69.4%、57.5%、58.0%。料液TS浓度为8%~10%、接种率为10%~20%和p H值为6.0~7.0时,海带渣与养殖固废在中温条件下混合水解2~3 d,即可获得后期发酵产沼气所需的酸化料液。此外,发酵产沼气结果表明,每天按与产沼气接种污泥质量比为1:7~1:9的比例添加酸化料液,在p H值为7.0~8.0和35±1℃的条件下厌氧发酵产沼气,产气系统启动很快,而且8~13 d即进入稳定产气阶段,产气率保持在489.4~581.5 m L/g VS,所产沼气中的甲烷体积分数达到82.7%~84.9%,而且料液不会出现酸化现象。海带渣与养殖固废混合水解酸化、批量填料发酵产沼气工艺明显提高了产气效率和系统稳定性。     

秸秆固态发酵酒精过程中湿度变化的研究

研究了在转轴式反应器中以秸秆为原料,接种康氏木霉TR6(Trichoderma koningii)和耐高温酵母CB2(saccharomyces cerevisiae)同步固态发酵酒精的过程中,底物湿度对生物量、纤维素酶活和酒精产量的影响。结果显示：产纤维素酶的最适底物湿度和产酒精的最适底物湿度并不一致;试验研究得到了发酵温度对底物湿度变化的影响最大,通气速率影响次之,菌体呼吸强度的影响最小。     

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.     

玉米秸秆固态和液态厌氧发酵产气性能与微生物种类比较研究

厌氧发酵产沼气是中国绿色农业发展过程处理农业废弃物的重要手段,该文以玉米秸秆为研究对象,开展液态、固态厌氧发酵产气性能、微生物系统多样性及演替规律的比较研究,得出如下结论:固态发酵总固体(TS)产气率及甲烷转化率略低于液态发酵,发酵结束后,前者沼液中N、P、C的含量要低于后者;乙酸是两发酵体系挥发性脂肪酸(VFAs)的主要组成,占总VFAs的70%以上。高通量测序结果发现,2个发酵系统中细菌主要以Bacteroidetes、Firmicutes、Proteobacteria、Cloacimonetes、Synergistetes及Verrucomicrobia为主,这6类菌群占总克隆数的80%以上。而Methanosaeta,Methanospirillum,Methanocorpusculum以及Methanoculleus是两系统优势古菌,并且随消化过程的进行,古菌群落呈现由乙酸型向氢营养型转变的趋势。发酵结束后,上述2类古菌在群落中的占比基本持平。对微生物多样性的聚类分析结果显示,在发酵第4天和第8天后,2个系统中细菌与古菌群落结构的差异逐渐明显。进一步分析表明,影响玉米秸秆液态发酵微生态结构的主要环境因子为乙酸,秸秆纤维素水解可能是制约物能转化率的关键过程;总磷(TP)是影响固态发酵系统微生态结构的关键环境因子,而如何增加产甲烷古菌的生物量是提高原料产气率的关键。该研究结果为调控玉米秸秆厌氧发酵过程、提高其生物降解效率提供了科学依据。     

黑曲霉固体发酵生产纤维素酶培养基构成优化研究

研究结果表明应用双温度培养法进行黑曲霉固体发酵生产纤维素酶时 ,在自然补给氧气、培养基 pH值约6 .5并保持环境湿度约 6 0 %条件下 ,葡萄糖对滤纸酶活力有促进作用 ;葡萄糖、麸皮、(NH4 ) 2 SO4 、水分适宜作为固体培养基基本成分 ;表面活性剂吐温 80对纤维素酶活力促进效果并不明显     

玉米秸秆与猪粪混合厌氧发酵产沼气工艺优化

该研究针对农村户用沼气发酵中粪便类发酵原料不足、影响沼气池利用率的问题,为弥补沼气发酵原料单一及不足,将秸秆、粪便混合作为发酵原料,对秸秆粪便混合原料厌氧发酵产沼气的工艺条件进行优化研究,旨在为农村户用沼气工程的健康、稳定运行提供一定的科学依据。在前期单因素试验的基础上,采用二次回归正交旋转组合设计,以产气量为响应值,研究玉米秸秆与猪粪质量比、温度、pH值、接种物质量分数4个因素对玉米秸秆与猪粪混合厌氧发酵的影响,得出产气数学模型,并对数学模型进行了理论分析。通过上述试验研究,得到最佳工艺条件为:玉米秸秆与猪粪质量比为1∶1、pH值为7.5、接种物质量分数为50%、温度30℃,预测产气量为18.51 L。4因素影响主次顺序依次为原料玉米秸秆与猪粪质量比、温度、接种物质量分数、pH值;通过验证分析,模型预测值与试验值之间相对误差小于5%,方差分析不显著,模型拟合较好,为提高粪便秸秆混合原料发酵产气量和提高发酵效率提供参考。     

添加复合菌株快速发酵虾头制酱工艺优化

为推进传统发酵水产调味品的产业化,提高生产效率,满足消费者需求,利用现代生物技术,研究虾头酱快速发酵工艺。选择从传统虾酱中分离得到的季氏毕赤氏酵母(Pichia gilliermondii)、黑曲霉(Aspergillus niger)以及购买植物乳杆菌(Lactobacillus planticola),作为外加复合菌株混合发酵,提高虾头酱风味。基于感官品评和氨基态含量分析,首先探索快速发酵杀菌方式及复合菌株接种比例,然后在单因素基础上,选择三因素三水平响应面优化法,对发酵温度、发酵时间及菌株接种量进行中心组合试验设计(Box-Behnken),建立数学模型。结果表明:酵母菌、乳酸菌及霉菌的最佳混合浓度比例为1∶5∶3,最佳工艺条件为:发酵温度53.6℃,发酵时间13.46 d,混合发酵剂接种量2.69 m L/100g。优化后进行验证最终工艺条件为:温度54℃,发酵时间14 d,接种量2.5 m L/100g,发酵制备虾头酱的感官评价得分为7.64,氨基态氮浓度为(0.82±0.04)mg/m L。研究结果为虾副产物的高值化利用及虾头酱的快速发酵生产提供产业化基础。     

豆腐渣混合苹果渣固态发酵改善纤维适口性

为了改善豆腐渣发酵后膳食纤维的适口性,适量混合部分苹果渣,利用其糖分提高酿酒酵母的发酵效率,并对其固态发酵工艺条件进行优化。采用单因素和正交试验方法优化的较佳发酵条件为pH值为8、发酵温度22℃、豆腐渣与苹果渣质量比2∶1、酿酒酵母接种量8%、发酵时间48 h。在优化发酵条件下,豆腐渣和苹果渣混合物中粗纤维的质量分数由发酵前的107.8 mg/g下降到发酵后的64.2 mg/g,降解率为40.45%。混合苹果渣的固态发酵极大地改善了膳食纤维的适口性,可以作为健康食品原料广泛使用。     

工业化自动多层翻板式豆粕固态发酵床的设计与试验

传统固态发酵条件难以控制、工业放大困难、能耗高、占地面积大,不能实现工业化流水线自动生产,更不能适应目前发酵行业规模化发展的需要。为了解决这些问题,运用现代工业设计理念,结合机械化及自动化控制技术,设计了可进行灭菌、接种、拌料、发酵的固态发酵装置。以此装置为基础,形成了集原料预处理、配料、发酵、干燥为一体的固态发酵生产系统,现已成功投产。以豆粕为原料,采用设计的生产线进行豆粕酶解发酵试验。在固态发酵期间,发酵相对湿度控制在38%~42%,而发酵24 h后,温度能稳定在37?C左右,适合微生物生长。发酵72 h结束后,饲料中酸溶性蛋白质量分数相对提高了21.2%,KOH溶解度从57.19%提高到了77.45%。结果表明:豆粕酶解发酵饲料的各项参数满足企业标准,产品质量优良。发酵过程中装置运行稳定,生产规模大,单批次最大生产量为10 t,满足工业化生产需要。该装置机械自动化水平高,可以连续批量生产,适用于生物饲料、生物肥料、生物色素、生物农药、生物燃料、生物酶制剂等多个领域。     

沼液喷淋秸秆与生物炭联合好氧发酵效果研究

为实现沼液的减量化和肥料化,以玉米秸秆为载体吸附过滤沼液,开展沼液喷淋与秸秆和生物炭联合好氧发酵试验,分析沼液喷淋对好氧发酵效果的影响,以及与秸秆和生物炭共发酵的效果。结果表明,粉碎后玉米秸秆吸附过滤猪粪沼液、鸡粪沼液后,秸秆含水率由5.92%分别上升至76.35%和85.72%,碳氮比由42.4分别上升至50.2和51.7,沼液中总悬浮物、总磷分别降低了34.42%～43.78%和20.00%～41.01%,而对溶解态的总磷、总钾吸附过滤效果一般。沼液喷淋翻拋可延长堆体发酵高温期2倍时长以上,有机质含量降低了10.42%～18.63%,氮磷钾含量提高6%～21.5%左右,并可提高堆体腐熟度,促进类腐殖质物质产生。添加生物炭可缩短发酵升温期并延长高温期,更有利于堆体消纳沼液。沼液喷淋与秸秆和生物炭联合好氧发酵工艺可达到利用沼液生产有机肥的目的,是资源化利用沼液的有效途径之一。     

添加残次苹果发酵物对稻草青贮品质及其微生物数量的影响

为了探讨添加残次苹果发酵物改善稻草的青贮品质及其适宜添加比例,该研究按残次苹果发酵物和稻草质量比为全部为稻草（Ⅰ）、1∶9（Ⅱ）、3∶7（Ⅲ）、5∶5（Ⅳ）、7∶3（Ⅴ）、9∶1（Ⅵ）混合进行青贮。青贮90 d 后开封,测定青贮前后的营养成分,鉴定青贮饲料的感官品质、发酵品质以及有氧暴露情况下pH值和微生物数量的变化。结果表明,添加残次苹果发酵物显著提高青贮原料的粗蛋白（Crude Protein,CP）和可溶性碳水化合物（Water Soluble Carbohydrate,WSC）的含量（P<0.05）,降低了原料的中性洗涤纤维（Neutral Detergent Fiber,NDF）和酸性洗涤纤维（Acid Detergent Fiber,ADF）的含量（P<0.05）;青贮90 d天后,混合青贮饲料的乳酸（Lactate Acid,LA）、乙酸（Acetic Acid,AA）含量随着残次苹果发酵物添加量的增加而增加;处理Ⅰ的LA（0.17%）、AA（0.09%）含量显著低于其他5个处理（P<0.05）,而丁酸（Butyric Acid,BA）含量、AN/TN（Ammonia Nitrogen Total Nitrogen）的比值显著高于其他5个处理（P<0.05）;有氧暴露后,随着有氧暴露时间的延长,各处理的pH值、酵母菌数量、霉菌数量逐渐增多,乳酸菌数量逐渐减少;处理Ⅰ的乳酸菌数量始终显著低于其他各处理（P<0.05）,酵母菌和霉菌数量始终显著高于其他各处理（P<0.05）;而处理Ⅲ、Ⅳ的乳酸菌数量始终显著高于其他处理（P<0.05）,酵母菌和霉菌数量始终保持较低水平。未添加残次苹果发酵物处理Ⅰ的感官评分和综合评分均为劣等,添加残次苹果发酵物的稻草青贮处理Ⅲ和处理Ⅳ的感官评分和综合评分均为优等;同时添加残次苹果发酵物增加了混贮的营养价值,改善了混贮的发酵品质。综合分析,在试验中添加残次苹果发酵物能改善稻草的青贮品质,其添比例在3∶7～5∶5之间适宜。     

进料浓度对玉米秸秆与牛粪全混式厌氧发酵特征影响研究

目前,中国大多数沼气工程均采用农作物秸秆与畜禽粪便为主要原料,但对于实际沼气工程的工艺控制,尤其是对于沼气工程进料混配及发酵浓度等控制工艺仍缺少参考和支撑。该研究采用玉米秸秆与牛粪原料,在中温条件下,利用纯牛粪、纯秸秆以及秸秆与牛粪干物质比(S:CM)=1:1、1:3、3:1条件的混合原料,按照不同干物质浓度(total solid,TS)=3%、6%、8%,梯次启动CSTR反应器,系统探讨物料配比与发酵浓度对反应器产气量、甲烷体积分数、pH值、氧化还原电位(oxidation-reductionpotential,ORP)、挥发酸(volatilefattyacids,VFAs)含量等运行特征的影响。结果表明,正常运行时,纯秸秆与纯牛粪条件下厌氧发酵产气效果显著低于混合原料,且所有条件下反应器的产气量基本都随着发酵浓度升高而升高。在发酵浓度为8%条件下,S:CM=3:1和1:1的反应器容积产气率在运行130和150 d后分别达到峰值0.78和0.76 L/(L·d)。随着反应器的持续运行,170 d后各反应器的产气率与pH值降低,而VFAs与ORP升高。S:CM=3:1和1:1的反应器容积产气率降低至0.6 L/(L·d),pH值降低至6.5左右。这主要是由于恒定的搅拌功率条件下,随着反应器内TS升高,搅拌转速降低,进而在反应器内产生搅拌死区与浮渣等问题,导致反应器内局部酸化,造成系统整体失稳。在启动期间,所有5个条件下反应器内ORP呈缓慢上升趋势。运行172 d后,S:CM=1:1条件下ORP迅速增加至高于–300 mV。总体而言,厌氧系统中VFA浓度随着进料中秸秆比例增加而增加,且丙酸积累发生并变得更加严重。这也在一定程度上表明,与采用秸秆与粪便混合原料厌氧发酵相比,采用纯秸秆原料厌氧发酵生产沼气厌氧反应器的运行稳定性较差。     

温度对麦秸混合物料厌氧干发酵中糖类水解酶活性的影响

水解酶活性直接影响到秸秆厌氧干发酵的沼气产量。本文以麦秸为主要原料, 配制干物质含量(TS)35%的混合发酵物料, 设置20 ℃、25 ℃、30 ℃、35 ℃、40 ℃ 5种不同温度条件, 发酵周期为35 d, 测定发酵过程中料液的纤维素酶、木聚糖酶、淀粉酶和蔗糖酶的活性变化。结果表明, 沼气产气高峰在35 ℃左右, 20~40 ℃时, 随着温度的升高, 发酵后料液的料液干物质含量(TS)、可挥发固体含量(VS)、C/N均明显下降, 发酵产沼气后, 各处理发酵液 pH都降到7.0以下, 其中40 ℃的pH降低幅度最大。纤维素酶活性在发酵初期较低, 峰值出现也较晚, 温度升高明显有利于提高纤维素酶活性。木聚糖酶的起始活性较高, 整个发酵过程中呈先升高后降低并渐趋于平缓的变化趋势, 20~25 ℃处理的木聚糖酶活性在整个发酵过程中没有明显峰值。淀粉酶的起始活性较低, 但随后迅速升高, 30~40 ℃处理在10 d左右达到峰值后开始下降, 此后酶活力的变化幅度较前期平稳。蔗糖酶的起始酶活力较低, 随后升高迅速, 温度在30 ℃以上时酶活性增加更快, 35 ℃时15 d达到峰值后迅速下降, 下降速度明显大于30 ℃和40 ℃处理。由此可见, 温度对秸秆厌氧干发酵过程中不同水解酶活性的影响还是有所差异的。     

汽爆棉秆的微生物降解及发酵工艺优化

为了解汽爆棉秆的微生物降解情况,研究了棉秆的微生物降解周期和发酵工艺参数。首先通过酶活曲线的构建确定了汽爆棉秆的微生物降解周期,再在单因素试验的基础上通过正交试验优化了发酵工艺参数。结果表明,汽爆棉秆的微生物降解启动较快,发酵第4天,CMC酶活和FPA酶活均达到最高值,因此将降解周期控制在4 d左右。氮源种类、发酵温度、发酵起始pH值和接种量对CMC酶活和糖化率的影响均达到极显著水平;氮源种类对FPA酶活和纤维素降解率的影响极显著,发酵起始pH值对纤维素降解率的影响显著,其余因素的影响不显著。综合各因素对微生物产酶、汽爆棉秆糖化和纤维素降解的影响,得出最优的工艺条件为：氮源为麸皮汁,发酵温度30℃,起始pH值6.5,接种量1.0%。该研究结果为棉秆的进一步开发利用提供了技术参考。