高效木薯渣分解复合菌群RXS的构建及其发酵特性研究

从富含腐烂纤维质的环境中取样,通过以木薯渣及滤纸为碳源的蛋白胨纤维素培养基不断地富集培养,构建了一组高效稳定的纤维质分解复合菌群.考察了该复合菌群对不同纤维质底物的分解性能及其在木薯渣水解过程中主要参数的变化.研究发现该复合菌群对滤纸、脱脂棉、微晶纤维素、麦秸秆和木薯渣等原料均能够进行有效的降解.在该复合菌群应用于木薯渣的水解过程中,监测发现纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶等关键酶的酶活力分别在第2～3 d达到最大值34.4、90.5和15.8U;经过10 d的发酵后,木薯渣中的纤维素、半纤维素及木质素分别降解了79.8%、85.9%和19.4%,且木薯渣的失重高达61.5%;此外,代谢产物主要是乙酸、丁酸、己酸和甘油;而溶解性COD、总糖和总挥发酸的变化表明第2 d时木薯渣的水解率最高.上述结果表明,该复合菌群能够有效地水解木薯燃料酒精生产过程中的废弃物木薯渣,并有望用于木薯渣高效沼气发酵的前处理中.     

快速木质纤维素分解菌复合系MC1对秸秆的分解能力及稳定性

以天然水稻秸秆为材料研究了快速降解木质纤维素的细菌复合系MC1对木质纤维素的分解能力;并在不同条件保藏、高温处理以及利用变性梯度胶电泳(DGGE)技术研究了复合系的稳定性.结果表明,复合系MC1在50℃液体静止培养条件下8～10d,把培养液2%干重的水稻秸秆完全分解溶化;经过9d的培养,水稻秸秆的总干重减少81%,其中纤维素减少99%,半纤维素减少74%,木质素减少51%.连续继代培养4a、常温干燥保存4a、-20℃冷冻藏4a、培养液直接在室温和4℃保存1a、90℃处理30min仍具旺盛的分解能力并稳定传代.平板培养基培养证明MC1全部由细菌组成,16SrDNA变性梯度胶电泳(DGGE)检测结果,在6个月内主要条带几乎没有变化,说明MC1的菌种组成相当稳定.MC1对纤维素的分解利用具重要前景.     

一株耐酒精纤维素分解菌的分离鉴定及生长条件研究

木薯酒精糟因其低营养高含水量而难以利用和处理,目前对新鲜木薯酒精糟主要采用机械脱水及干燥的方法,但此类方法的经济成本和能耗都较高,很难形成产业化。该实验在木薯酒精糟中通过用刚果红培养基初筛和杜博氏培养基复筛得到一株耐酒精的纤维素分解菌,编为13号。经16S rRNA序列鉴定与链霉菌同源性达99%。其最适生长pH值为6.5,最适生长温度为40℃。对酒精有一定的耐受性,能在酒精浓度为6%的环境中生长,并且在酒精浓度为1%时对菌株生长影响不大。同时该菌能在40℃的温度条件下保持良好的生长态势,对适应废物堆肥发酵后期熟化产生有益次生代谢产物有利。所以利用此菌耐酒精、产纤维素酶且较耐高温等特性,对于处理含酒精的纤维素废物具有较好的应用前景。     

含固率和接种比对林可霉素菌渣厌氧消化的影响

通过林可霉素菌渣的中温厌氧消化摇瓶实验,比较不同的含固率(3%、5%、8%、10%)和接种比(0.5、1、2、3)对菌渣产甲烷能力的影响,以确定菌渣厌氧消化的最优工艺条件.结果表明,在研究参数范围内,含固率越低,接种比越高,越有利于甲烷的产生;经过10d的培养,在含固率为3%、接种比为3时的工况中,菌渣的挥发性固体(VS)累计净产甲烷量最高,为106 mL/g;而含固率>5%、接种比2的液态发酵工艺,此条件既能保证厌氧消化不受消化产物(胺和挥发性有机酸)积累的抑制,也可以缓冲菌渣中残留林可霉素对消化微生物可能产生的抑制效应.     

物料比对木薯渣与污泥干式厌氧共发酵产沼气的影响

干式厌氧发酵处理固体有机物废弃物技术具有沼气产率高、无沼液处理和运行成本低的优势,但目前关于木薯渣的干式厌氧发酵工艺条件的研究较少。在0.5 L反应器内,分别在TS 15%、TS 20%条件下,进行物料配比为0、10%、20%、40%、100%的木薯渣与污泥的干式厌氧共发酵实验,持续时间42 d,研究总固体和物料比对木薯渣与污泥共发酵产沼气过程的影响。与TS 15%处理相比,TS 20%处理具有较高的日产气量。随着木薯渣比例的增加,TS 15%和TS20%处理中,甲烷含量最大值分别为56.14%和65.86%,木薯渣的甲烷比产率均先增加后降低。对于木薯渣和污泥干式厌氧共发酵,TS 15%适宜的物料比为20%~40%,木薯渣所贡献的甲烷比产率为0.245,0.318,0.303,0.097 m3/kg(VS);TS 20%适宜的物料比为10%~40%,木薯渣所贡献的甲烷比产率为0.334,0.434,0.329,0.271 m3/kg(VS)。     

简化的纤维素分解复合菌系F1的菌株组成动态

通过简化的纤维素分解复合菌系F1,研究复合菌系在纤维素分解过程中的菌株组成比例的动态变化及协同作用。根据滤纸分解率确定了复合菌系F1的最适生长温度及p H,并检测培养过程中体系的p H变化,使用液相色谱测定了复合菌系F1的挥发性发酵产物,通过构建克隆文库分析纤维素分解过程中的各菌株组成比例的动态。结果表明:F1最适生长条件与原复合菌系WSC-9类似,分别为培养温度50℃和初始p H 7.0。培养的不同时期,代谢产物乙醇、乙酸、丙酸等有机酸的含量以及培养体系的p H均发生变化,培养不同时期组成F1的3株细菌所占比例也有所不同,培养第3天,W-5、W-A、W-B所占比例分别为67%、12%、21%;培养第5天时,W-5、W-A、W-B的比例分别为25%、31%、44%;培养第9天,W-5、W-A、W-B的比例分别为1%、46%、53%。复合菌系简化后仍具有较强的纤维素分解能力,为研究复合菌系纤维素分解机理提供了可能。     

一组高效稳定纤维素分解菌复合系MC1的筛选及功能

从4种堆肥样品中分别筛选出纤维素分解能力较强的4组混合菌,再以酸碱反应互补的原则重新优化组合并驯化成1组纤维素分解能力非常强而稳定的纤维素分解菌复合系MC1.100mL培养物在50℃静止培养72h,分别可分解0.48g滤纸、0.49g脱脂棉、0.19g麦秆和0.08g锯末.分解滤纸时,第24h CMC糖化力最高,为122.3U·mL^-在初始pH4～10的不同培养基上接种,均能把pH调到中性,最后稳定在8.0～8.5之间.在连续投放滤纸情况下纤维素分解能力稳定保持20d以上,其发酵液的pH在有滤纸时稳定在6.0～6.5之间,没有滤纸时稳定在8.0～8.5之间.     

蚯蚓对菇渣中纤维素和木质素生物转化的研究

为了探索农业废弃香菇菇渣"减量化、无害化、资源化"循环化利用的有效途径.本实验按照不同碳氮比设置菇渣混合基质，接种蚯蚓（Eisenia foetida）对其进行生物转化.实验培养56 d，每14 d取样，分别测定了总氮、总有机碳、木质素和纤维素含量，脲酶、蔗糖酶、纤维素酶和多酚氧化酶活性变化情况，以及菇渣生物转化前后的结构变化情况（扫描电子显微镜SEM）和生物转化产物浸提液的发芽率等指标.结果显示：在蚯蚓生物转化过程中，各处理组总氮、总有机碳和木质纤维素含量与处理前相比均有不同程度的降低，其中，碳氮比为25的处理组纤维素和木质素的降解率最高，分别为50.06%和77.01%；各个处理组中脲酶、蔗糖酶、纤维素酶和多酚氧化酶活性呈不同程度的变化趋势，其中，碳氮比为25的处理组纤维素酶活性增加最多，增加了81.25%；扫描电镜结果显示，蚯蚓生物转化可以将菌渣碎片化；另外，蚯蚓堆肥产物浸提液可以提高黑麦草发芽率.综上，推测碳氮比为25的蚯蚓生物转化体系更有利于菇渣基质处理.     

一组可抗抗生素干扰的木质纤维素分解菌复合系ADC-6的筛选

以高温期堆肥样为菌源,在含0.025 mg·mL-1四环素的培养基内以秸秆作为唯一碳源,经多代驯化筛选到一组能够分解木质纤维素和抗生素的ADC-6复合系.该复合系能够在6 d内分解四环素0.0194 mg,在14 d内使稻秆减重32%.ADC-6纤维素内切酶酶活、半纤维素酶活、总纤维素酶活在第4 d、2 d和2 d达到最大值分别为15.85 U·mL-1、62.97 U·mL-1和15.56 U·mL-1.用变性梯度凝胶电泳检测驯化过程中菌种的动态变化,并用克隆文库对稳定阶段的菌种多样性分析,发现该菌群中含Bacteroidetes、Sphingobacteriales、Bacillaceae、Clostridiales和Proteobacteria等5个属的微生物,其中,Clostridiales对木质纤维素的转化能力较强,很可能是菌群中分解木质纤维素的关键菌,而Bacteroidetes很可能是分解抗生素的关键菌.     

混菌发酵毛白杨落叶产单细胞蛋白的研究

选用毛白杨落叶为研究对象,通过酸化预处理初步降解其中的纤维质并提高其发酵阶段的可生化性,综合分析在不同pH值、不同温度、不同固液比的条件下酸化产物的总糖含量、纤维素及半纤维素含量与出粉率指标,采用灰色局势决策法确定pH值2~3,固液比1:20,60℃处理12 h为其最佳酸处理条件。后在最佳处理条件下选用绿色木霉与产阮假丝酵母共发酵毛白杨落叶酸化产物,发现较单酵母发酵酸化液与酸化残渣,混菌更具优势。其中,毛白杨落叶酸化残渣经混菌发酵其分解率可达到55%,蛋白含量明显升高,最高为72 mg/g;而酸化液混菌发酵在第7天时菌体生物量最高可达1.2 g/L,蛋白含量为99 mg/g。     

Degradation of corn stalk by the composite microbial system of MC1

The composite microbial system of MC1 was used to degrade corn stalk in order to determine properties of the degraded products as well as bacterial composition of MC1. Results indicated that the pH of the fermentation broth was typical of lignocellulose degradation by MC1, decreasing in the early phase and increasing in later stages of the degradation. The microbial biomass peaked on the day 3 after degradation. The MC1 efficiently degraded the corn stalk by nearly 70% during which its cellulose content decreased by 71.2%, hemicellulose by 76.5% and lignin by 24.6%. The content of water-soluble carbohydrates （WSC） in the fermentation broth increased progressively during the first three days, and decreased thereafter, suggesting an accumulation of WSC in the early phase of the degradation process. Total levels of various volatile products peaked in the third day after degradation, and 7 types of volatile products were detected in the fermentation broth. These were ethanol, acetic acid, 1,2-ethanediol, propanoic acid, butanoic acid, 3- methyl-butanoic acid and glycerine. Six major compounds were quantitatively analysed and the contents of each compound were ethanol （0.584 g/L）, acetic acid （0.735 g/L）, 1,2-ethanediol （0.772 g/L）, propanoic acid （0.026 g/L）, butanoic acid （0.018 g/L） and glycerine （4.203 g/L）. Characterization of bacterial cells collected from the culture solution, based on 16S rDNA PCR-DGGE analysis of DNAs, showed that the composition of bacterial community in MC1 coincided basically with observations from previous studies. This indicated that the structure of MC1 is very stable during degradation of different lignocellulose materials.     

NaOH处理对互花米草深度气化利用的影响

在实验室条件下,考察了NaOH固相处理用于互花米草中温干式发酵以及一次发酵后沼渣二次发酵的预处理方式的可行性,从产气特性、物质转化等角度进行了系统的分析.结果表明,NaOH处理对互花米草中温干式发酵产气未表现出促进作用,干物质（TS）产气量为358.94 mL/g,仅为CK的92.42%,但甲烷平均含量提高了1.84%...     

中温条件下污泥接种量对污泥-餐厨垃圾联合厌氧发酵产氢余物产甲烷的影响

污泥与餐厨垃圾联合厌氧发酵产氢余物产甲烷可有效发挥产氢余物的资源化潜力。研究了中温条件下不同污泥接种量对污泥与餐厨垃圾联合厌氧发酵产氢余物的影响,分析其产气产甲烷能力及反应前后体系糖类、蛋白质、挥发性脂肪酸（TVFA）、pH及氨氮（NH₃-N）的变化情况,以寻求最佳接种量与相应体系指标变化规律。结果表明:中温条件下,过低或过高的接种量下产氢余物产甲烷效果均不佳。30%接种量的体系产甲烷能力最优,甲烷百分比增速最快,并有最大累积产甲烷量171.1 mL/gDS;有机物均得到了明显的消耗,总糖降解了39.01%,总蛋白质降解了28.09%,其中糖类物质降解以可溶糖为主,不溶蛋白质与可溶蛋白质的降解量相当,反应后体系pH升高。     

蓝藻与厨余垃圾混合消化产甲烷研究

对太湖蓝藻采用资源化处置方式,通过与厨余垃圾混合发酵,达到优化发酵底物、获得最佳产气效率的目的。研究结果表明:随着蓝藻厨余垃圾混合物中厨余垃圾比例的提高（1:0.5～1:2.5）,甲烷产率提高,混合比例1:2.5时甲烷量达到最大,为123.94 mL/g（TS）,比1:0.5反应组提高了44.1%;混合物中厨余垃圾比例由1:2.5增至1:3.0,产气量反而下降;反应前24 h,体系中挥发性脂肪酸含量迅速增加,至第24 h酸量开始下降,第48 h再次上升,此后酸量减少并趋于稳定;反应过程中,各组分pH值均维持在正常范围内;反应结束后,混合比例为1:2.5组辅酶F₄₂₀最大,为1.98μmol/g（VS）,反应体系中藻毒素从发酵前的273～72.6μg/L降低到检测限5μg/L以下。     

高效纤维质降解菌处理木薯酒精废液及其厌氧发酵动力学分析

为提高木薯酒精废液中固形物的降解效率,优化木薯酒精废液的厌氧发酵特性,采用高效纤维质降解菌群作为CSTR（continuous stirred tank reactor,连续搅拌反应器）接种污泥,通过逐级提高进料负荷,研究不同容积负荷下的厌氧消化性能及相应的酶活性变化,建立了厌氧发酵过程动力学模型.结果表明,在高温（55℃）条件下经长时间稳定运行,容积负荷为14 kg/（m3·d）（以COD_Cr计）时,反应器出水ρ（TCOD）（TCOD为总化学需氧量,以COD_Cr计）和ρ（SCOD）（SCOD为溶解性化学需氧量,以COD_Cr计）分别为15 367.6、10 982.8 mg/L,TCOD去除率达到70%~75%;φ（CH₄）在48%左右,沼气产率为0.22 L/g（以每g TCOD计）;此外,木聚糖酶活性、纤维素酶活性在该条件下达到最大值,分别为42.1、30.2 U.脱氢酶活性在容积负荷为12 kg/（m3·d）时达到最大值80.1 TFμg/（h·mL）.动力学模型研究表明,最大原料产气率（y_m）为0.335 L/g（以每g TCOD计）,一级反应常数（k）为0.743 d-1,产气率为0.3 L/g,通过该模型可以得到最佳HRT（hydraulic retention time,水力停留时间）为11.5 d,最佳容积负荷为4.6 kg/（m3·d）.研究显示,在高温高容积负荷条件下,CSTR能够稳定的处理木薯酒精废液,并且能够获得较高的纤维素和半纤维素酶活性.      

厌氧互营苯甲酸降解菌 Sporotomaculum syntrophicum对玉米秸秆沼气发酵的生物强化作用

木质素的有效降解是提高秸秆等木质纤维素原料沼气发酵效率的有效途径。木质素很难被厌氧微生物分解利用,然而有研究表明木质素可以经由苯甲酸、苯酚等芳香族化合物被微生物分解利用。采用批次试验探究厌氧苯甲酸降解菌Sporotomaculum syntrophicum FB对秸秆沼气发酵的影响。强化菌株S.syntrophicum接种比例的结果表明,接种比例为5%、10%和20%时,甲烷产量分别为252.2,244.9,234.8 mL/g TS,比对照组提高了20.5%、17.0%和12.2%,TS去除率提高了2.9%、3.1%和3.4%。投加5%~20% S.syntrophicum后的玉米秸秆中纤维素、半纤维素、木质素的去除率,比对照组提高了12%~13%,3%~5%和38%~46%。进一步试验结果显示,添加S.syntrophicum使甲基纤维素、木聚糖和碱木质素(纤维素、半纤维素和木质素的模式物)的甲烷产量分别提高了15.7%、11.4%和7.8%。     

不同渗滤液循环方式对填埋层甲烷产生的影响

通过填埋模拟柱 ,实验室研究了以我国大城市生活垃圾组成为依据的新鲜垃圾填埋层在不同渗滤液循环方式条件下甲烷产生的规律 .渗滤液循环方式包括 :原液循环、好氧预处理 (SBR)后循环、与陈垃圾出水混合后循环 .结果表明 :新鲜垃圾填埋层初期渗滤液COD、VFA浓度高 ,原液循环导致有机酸的积累 ,抑制了甲烷化进程 ;初期渗滤液经预处理控制一定COD、VFA浓度后循环 ,能够显著地缩短产甲烷滞后时间、加速甲烷化进程 ;当填埋层进入稳定的甲烷化阶段后 ,渗滤液循环才能有效地降解渗滤液中的有机污染 ,近 10 0 %地转化为填埋气体.     

外加纤维素酶和α-淀粉酶对猪粪厌氧发酵的促进机制

为有效缩短有机物厌氧发酵限制阶段的反应时间,提高发酵底物的生物产甲烷效率,以猪粪为发酵底物,添加外源纤维素酶和α-淀粉酶,应用一级动力学模型和Gompertz模型拟合厌氧发酵过程.结果表明:适量添加纤维素酶和α-淀粉酶对厌氧发酵系统的水解反应具有积极的促进作用,当两种酶的总添加量为40 mg/g、纤维素酶和α-淀粉酶配比为1:3时促进作用最为显著,其多糖浓度、TVFAs（乙酸、丙酸、丁酸和戊酸的统称）浓度峰值、累积沼气产气量、甲烷产率（基于猪粪中挥发性固体含量计算）分别为4 494 mg/L、8 666 mg/L、187 688 mL、392.1 mL/g,与CK（对照）组比分别提高了171.0%、23.3%、23.5%、24.3%.相关性分析表明,外源酶的添加对厌氧发酵系统中微生物可利用的C/N具有显著影响,可有效促进TVFAs转化产甲烷,当纤维素酶和α-淀粉酶配比为1:3时,厌氧发酵过程具有最大反应速率〔32.95 mL/（g·d）〕,与CK组相比水力停留时间（HRT）缩短了2.5 d,生物产甲烷效率提高了24.3%,厌氧发酵过程符合Gompertz模型（R2=0.999 2）.研究显示,纤维素酶和α-淀粉酶对促进猪粪厌氧发酵有协同作用,当α-淀粉酶添加量不超过30 mg/g时,α-淀粉酶添加量与甲烷产率呈正相关;当纤维素酶添加量超过10 mg/g时,纤维系酶添加量与甲烷产率呈负相关.