Zn2+及Fe3+对嗜淀粉乳杆菌开放式发酵产乳酸的影响

研究了在餐厨垃圾中接种嗜淀粉乳杆菌进行开放式乳酸发酵(即发酵原料不灭菌)的可行性,探讨了添加Fe3+、Zn2+的发酵体系中相关酶活与代谢产物的关系.结果表明,开放式发酵体系的乳酸产量高于非开放式发酵体系.加Fe3+体系的乳酸脱氢酶活性较高,导致乳酸产量增加(最高达29.5g/L),比未添加微量元素的对照体系增加了24.2%;而加Zn2+体系的乙醇脱氢酶(ADH)活性较高,导致副产物乙醇产量的增加,从而使乳酸产量低于对照体系;添加不同微量元素时嗜淀粉乳杆菌对底物中淀粉的利用率由高到低的顺序为:加Fe3+体系(65.7%) > 对照体系 (38.5%)>Zn2+体系(28.1%).此外,在嗜淀粉乳酸菌的发酵体系中,蔗糖和麦芽糖比乳糖容易降解成葡萄糖,果糖,最终被乳酸菌利用.     

食物垃圾开放式乳酸发酵的实验研究

利用食物垃圾发酵生产乳酸,是实现其资源化的有效途径之一.底物不灭菌的开放式发酵,是一种简单、有效的利用食物垃圾生产乳酸的方式.通过对发酵过程中ρ(乳酸),ρ(总糖),ρ(可溶性糖)以及细菌数量变化的研究,对开放式发酵的机理进行了分析.结果表明:食物垃圾适于作为乳酸发酵的底物,在不投加任何营养物质的条件下,能促进乳酸菌的大量增殖.采用开放式发酵,可从食物垃圾产生36.29 g/L的乳酸,远高于封闭式发酵(底物灭菌).垃圾中土著菌群在开放式发酵中起到了分解复杂多糖和为乳酸菌提供可发酵性底物的作用,从而提高ρ(乳酸).      

接种不同菌源的餐厨垃圾发酵代谢途径及产己酸效能分析

采用活性污泥、颗粒污泥、酒曲以及酒糟接种餐厨垃圾进行发酵产有机酸,比较了4种菌源在批次发酵条件下的溶出、水解和酸化效率。在此基础上,探究了不同电子供体对碳链增长产己酸的影响。结果表明:利用活性污泥接种餐厨垃圾发酵可产生高光学活性L-乳酸（L-乳酸浓度为22.2 g/L,光学活性为82.3%）;颗粒污泥接种餐厨垃圾发酵可产生浓度为4.2 g COD/L的己酸,具有较强产己酸能力。以酒曲和酒糟作为接种菌源时,丁酸浓度分别为21.6 g COD/L（酒曲）和20.4 g COD/L（酒糟）,丁酸是碳链增长的重要电子受体,利用酒曲和酒糟接种餐厨垃圾发酵具有很强的产己酸潜力;外加电子供体后,酒糟组己酸浓度达到8.8 g COD/L（以乳酸为电子供体）,酒曲组己酸浓度可达到10.4 g COD/L（以乙醇为电子供体）。微生物群落分析发现,优势菌群链球菌属（Streptococcus）分别占酒曲组和酒糟组总菌属丰度的80%以及55%,与高浓度己酸的产生有着较强相关性。     

餐厨垃圾接种酵母菌固态厌氧发酵产乙醇的可行性研究

餐厨垃圾可定向发酵产乙醇,但复杂的预处理导致处理时间长、工艺复杂度增加. 本文通过直接接种酵母菌和灭菌后接种酵母菌对比试验,分析发酵系统内乙醇、乙醇前体物还原糖、还原糖前体物淀粉的降解与产生规律,探讨餐厨垃圾直接接种酵母菌固态厌氧发酵产乙醇的可行性及规律. 结果表明:酵母菌的添加能够促进餐厨垃圾固体厌氧发酵产生乙醇,接种酵母菌后乙醇浓度为11.86~12.09 g/L,是空白对照的8.41~31.50倍,且高于灭菌预处理后接种的6.88~10.02 g/L;基于修正的Gompertz模型分析也证实了上述结果,接种酵母菌后,系统产乙醇潜力(P_m)和单位最大乙醇产率(R_m)也随之上升,但接种量对餐厨垃圾的P_m和R_m影响不大. 对乙醇前体物还原糖的分析表明,接种酵母菌能够在发酵初期就可以发挥作用,促使系统内还原糖在0~4 h内快速降为43.37~46.55 mg/g,从而加速了餐厨垃圾的稳定化进程,但在4~24 h内,由于次生代谢物的抑制作用,系统内还原糖未出现明显的产生和降解. 还原糖前体物淀粉的水解情况分析表明,接种酵母菌可将淀粉的水解率由19.36%提高到27.90%~37.57%,但淀粉含量在274.02~316.51 mg/g之间时已不再发生水解. 研究显示,直接接种酵母菌有助于餐厨垃圾固态厌氧发酵产乙醇含量的提高,体系中还原糖、淀粉含量并未成为餐厨垃圾固态厌氧发酵产乙醇量的限制性因素.      

餐厨垃圾酸性发酵及其产物为碳源的脱氮特性

利用餐厨垃圾为基质进行酸性发酵并利用其发酵产物作为反硝化碳源,结果发现发酵过程具有明显的阶段性,即碳水化合物—乳酸—VFAs,这主要与发酵过程中微生物种群的变化关系较大.发酵72h后,Lactobacillus相对丰度达99.3%,乳酸含量达到最大值(45.2g/L).利用不同阶段的发酵液(未发酵、部分发酵、乳酸为主和VFAs为主)作为反硝化碳源时发现,与乙酸钠相似,乳酸为主的发酵液具有良好的反硝化能力(0.15g NO_3~--N/g COD)和较快的反硝化速率[6.1g NO_3~--N/(g VSS·h)],其有机物利用效率较高,厌氧污泥产率低,并在C/N大于5.7时能够实现完全的反硝化.将以乳酸为主的发酵液用于实际污水处理时发现,SBR脱氮效率明显提高.而且不会对硝化过程产生抑制,因此利用餐厨垃圾进行乳酸发酵,不仅能够缩短发酵时间、降低废物处理费用,还能获得优质的反硝化碳源.     

解淀粉乳酸细菌在厨余垃圾乳酸发酵中的应用

研究了水解淀粉乳酸细菌对厨余垃圾发酵生产乳酸的强化作用.从厌氧发酵的厨余垃圾中分离到6株水解淀粉的乳酸细菌,其中菌株FH164具有最高的淀粉降解率和乳酸产量.在pH5.5～6.0条件下,经48h发酵,菌株FH164从40.50g·L^-1的可溶性淀粉产生32.67g·L^-1的乳酸.根据形态、生理生化特征和16SrDNA序列分析结果,可将菌株FH164鉴定为链球菌属(Streptococcus sp.)细菌.接种菌株FH164可强化厨余垃圾的乳酸发酵,采用垃圾不灭菌的开放式发酵,菌株FH164可得到28.23g·L^-1的乳酸,比自然发酵(不接种的对照)的乳酸浓度高19.2%.     

己酸菌富集及其利用餐厨垃圾产己酸的研究

采用批式发酵的方式,考察3种不同电子供体(乙醇、乳酸、乙醇和乳酸)对己酸菌的富集情况,进而选取产己酸最优的混合菌,探究在不外加电子供体情况下,餐厨垃圾厌氧发酵产己酸的性能.结果表明:当以乙醇和乳酸共同作为电子供体时,己酸浓度可达(2303.06±499.56) mgCOD/L,产己酸效果最佳,并显著富集到了3种碳链延长菌:Clostridium_sensu_stricto_12(16.04%±0.16%),Caproiciproducens(28.78%±0.15%),Oscillibacter(2.32%±0.03%);将产己酸最优的混合菌接种于餐厨垃圾进行厌氧发酵,己酸浓度最高可达(8657.36±996.21) mg COD/L,己酸产率为(230.05±26.47) mg COD/gVS,己酸选择度为27.74%±3.19%.以上结果验证了以乙醇和乳酸共同作为电子供体时对己酸菌具有明显的富集作用,富集到的混合菌可有效用于餐厨垃圾的产己酸发酵,为餐厨垃圾的资源化利用提供了理论支撑.     

微生物菌剂对堆肥功能微生物重构的影响

堆肥产品不仅可以作为有机肥或土壤改良剂,还可以在包气带土层防护地下水污染的过程中起到微生物载体的作用.在堆肥中接种菌剂能够加速堆肥进程,促进堆肥材料的腐熟,但是也有研究认为接种剂与堆肥土著微生物的竞争会导致菌剂无法发挥作用.为了阐明菌剂与土著微生物之间的相互作用,采用宏蛋白质组学方法,分析餐厨垃圾堆肥接菌组（木质纤维素混合菌剂）和对照组（未接菌）中功能微生物群落和碳水化合物代谢途径的变化.结果表明:接菌组中假单胞菌目（Pseudomonadales）和散囊菌纲（Eurotiomycetes）菌群的相对丰度比对照组分别提高了12.5%和22.0%,成为优势细菌和真菌,二者在碳水化合物代谢活性上也成为优势菌群.菌剂主要是由芽孢杆菌目（Bacillales）和散囊菌纲的曲霉（Aspergillus）组成,曲霉因具有堆肥系统所需的木质纤维素分解能力而成为优势真菌,而菌剂中的芽孢杆菌虽然数量较多,但是缺乏堆肥系统所需的功能而无法成为优势细菌.餐厨垃圾中易降解物质分解过程中产生的有机酸会导致酸性环境,对照组中能够适应酸性环境的芽孢杆菌目和酵母菌纲（Saccharomycetes）是优势群落,添加菌剂后,堆肥系统中土著的假单胞菌目和散囊菌纲具有较高的碳水化合物代谢活性和多种有机酸转化通路,因此在与菌剂中的芽孢杆菌目和土著的芽孢杆菌及酵母菌的竞争中成为优势菌群.研究显示,外源菌剂与土著微生物之间以及各土著微生物之间都会发生竞争作用,能否成为优势菌群取决于是否适应堆肥底物新陈代谢的变化,因此只要选择好菌剂的功能和接种时机,菌剂就能够发挥原有的作用.      

餐厨垃圾中温与中高温过渡区厌氧产沼效率研究

以餐厨垃圾为研究对象,采用连续动态发酵试验,探究中温和中高温过渡区下餐厨垃圾连续厌氧发酵产沼及其微生物分布情况。结果表明:餐厨垃圾连续发酵试验中,在同等有机负荷下,中高温过渡区温度(44℃)下餐厨垃圾产沼量、甲烷浓度及发酵液关键参数等均明显优于中温(38℃)发酵温度下的发酵系统,其产沼率更高、发酵参数更为稳定。高通量微生物测序发现,44℃和38℃发酵体系中,细菌的群落结构及丰富度差异显著,而古细菌的群落结构及丰富度则差异不显著,表明餐厨垃圾在44℃发酵温度下的发酵性能优于38℃的主要原因在于其更加丰富的发酵型细菌的存在促进了发酵过程水解、产酸阶段的进一步进行,从而利于甲烷微生物的消化利用。     

接种纤维素降解菌对牛粪堆肥微生物群落的影响

以牛粪和稻草为堆肥原料,利用传统培养法和PCR-DGGE技术相结合对接种纤维素降解菌后堆肥的微生物群落的动态变化进行了分析.结果表明,接种菌堆肥与自然堆肥相比,微生物数量的变化趋势快于自然堆肥,接种菌在堆肥初期能够激发微生物增殖,快速启动堆肥发酵,缩短堆肥进程.接种菌堆肥比自然堆肥的DGGE凝胶图谱条带的差异性大,接种...     

堆肥过程多阶段强化接种对细菌群落多样性的影响

以生活垃圾为原料进行好氧堆肥,采用多阶段的方式强化接种功能微生物菌剂,利用PCR-DGGE方法并结合聚类分析和Shannon-Weaver指数变化来研究堆肥过程中多阶段强化接种对细菌群落多样性的影响,同时监测木质纤维素降解率的变化.结果表明,多阶段接种堆肥能有效提高堆体降温期和二次发酵期的温度;和普通接种堆肥相比可使半...     

硫酸盐还原反应器污泥驯化过程中微生物群落变化分析

采用PCR-DGGE技术,对硫酸盐还原反应器UASB污泥驯化过程中微生物群落的变化进行了分析.结果表明,污泥驯化过程中,微生物群落生物多样性与反应器硫酸盐及COD去除率呈明显的正相关,微生物群落Shannon指数大于3.45时,反应器硫酸盐去除率稳定在95%左右;对DGGE图谱中优势条带进行回收克隆并测序表明,污泥中微生物群落主要包含Firmicutes、Proteobacteria、Deinococcus-Thermus和Chloroflexi这4大类群,分别占总数的50.0%、28.6%、14.3%和7.1%;其中厌氧发酵细菌Clostridium sp.在驯化全过程中均占优势,但优势菌群的种类发生变化;厌氧细菌Chloroflexi sp.、Geopsychrobacter sp.等在污泥驯化过程中曾成为优势菌群但之后消亡;厌氧细菌Geobacter sp.则在污泥驯化过程中逐渐成为优势菌群;Desulfovibrio sp.在污泥驯化的最后2个阶段成为优势菌.     

利用DGGE-菌落原位杂交法分离土壤中精喹禾灵降解菌

从自然环境中分离到的可降解农药的土著微生物,因其对环境的友好性及原位修复的可行性,受到了高度关注.为从土壤中筛选精喹禾灵降解菌株,首先利用PCR-DGGE技术分析了除草剂精喹禾灵胁迫下土壤细菌群落结构及多样性的变化.结果表明,添加精喹禾灵后,土壤细菌群落结构发生了明显的改变.精喹禾灵使细菌多样性呈现出增加-减少-增加的变化趋势,其中第9 d变化最大,后期趋于稳定.根据DGGE图谱条带的测序结果推断,Pseudomonas、Massilia、Burkholderia等属中的细菌对精喹禾灵具有耐受性或降解潜力,这些微生物类群可作为减少农药残留的土著微生物资源进行分离筛选.根据条带的测序结果,合成了地高辛(Digoxigenin)标记的探针,并进行了菌落原位杂交,筛选到了3株具有降解潜力的菌株,其中L1可以利用精喹禾灵作为唯一碳源生长,经16S rRNA基因鉴定该菌株属于假单胞菌属(Pseudomonas sp.).利用高效液相色谱法测定了菌株L1在无机盐培养基中降解精喹禾灵的效果.结果表明,培养7 d后,精喹禾灵的含量减少了近50%,且随着精喹禾灵含量的降低,L1菌体数量增加,证实了菌株L1具有降解精喹禾灵的能力.这一结果为今后研究菌株L1降解精喹禾灵的机制、功能基因等奠定了基础.     

乳酸菌复合系SFC-2处理水稻秸秆的效果

以处理农作物稻秆,减轻环境压力为目的,将本实验室筛选的乳酸菌复合系SFC-2接种到水稻秸秆,研究了其饲料化效果.结果表明,接种处理与未接种处理相比外观上颜色发黄发亮,松软酸香,发酵30 d后,接种处理的pH降至3.8,对照为4.1.同时发酵料中乳酸生成量增加,尤其是L-乳酸增加了约2倍,粗蛋白含量提高了10.16%,粗纤维含量降低了3.2%.通过变性梯度凝胶电泳（DGGE）分析发酵过程中微生物菌系变化,接种SFC-2后,复合系中的主要组成菌Lactobacillus plantarum,Lactobacillus fermentum和Lactobacillus paracasei等菌株迅速成为发酵料中的优势菌群,相应未接种对照中可见的Enterobacter sakazakii, Pantoea agglomerans, Enterobacter endosymbiont, Pantoea ananatis等杂菌被抑制,发酵品质得到明显改善.     

沼液回流时间对厨余垃圾高含固厌氧发酵的影响

研究了高温(55±2)℃下沼液回流时间(1,6,12,24 h/d)对厨余垃圾高含固(15%TS)厌氧发酵产氢的影响,并探讨了不同沼液回流时间下微生物群落的演替规律。结果表明:增加沼液回流时间可提高产氢量,缓解VFAs积累的抑制效应,回流时间为24 h/d时氢气累积产量最大,为111.44 L,VFAs浓度为28.34 g/L,比回流时间1 h/d时降低了15.40%。厨余垃圾厌氧发酵过程中延长回流时间可恢复酸化体系的pH,且未形成氨积累。回流时间较短(12 h/d)的S实验组中,随着发酵的进行,微生物群落结构多样性降低,在门水平上Firmicutes逐渐演替为优势菌(49.2%~89.5%),回流时间较长(24 h/d)的T实验组一直保持较高的微生物多样性,发酵结束时,Firmicutes、Chloroflexi、Proteobacteria、Euryarchaeota相对丰度分别为27.8%、33.6%、13.0%和12.3%;属水平上T实验组(24 h/d)的产氢菌相对丰度高于S实验组(12 h/d),发酵结束时产氢菌Clostridium和Thermoanaerobacterium的相对丰度分别为10.5%和3.2%。延长沼液回流时间可促进VFAs与葡萄糖代谢产氢。冗余分析表明,沼液回流时间和产气量主要与Firmicutes和Chloroflexi中菌属变化较明显相关。     

秸秆发酵乳酸菌复合系SFC-2的构建及其组成多样性研究

为了获得促进作物干秸秆乳酸发酵的微生物,以玉米秸秆和水稻秸秆的自然发酵物为菌种来源,用MRS蔗糖培养基,通过连续定向继代培养,筛选出pH下降迅速、乳酸含量高、组成稳定的乳酸菌复合系SFC-2.DGGE分析表明,SFC-2经过连续继代培养,从第25代开始其微生物组成基本稳定.SFC-2 培养12 h后pH下降至3.8,乳酸含量达10.64 mg/mL,其中64%为L-(+) 乳酸.通过平板分离获得4株细菌,全部为Lactobacillus,其近缘种分别为L. fermentum、L. plantarum、L. paracasei和L. paracasei sub sp.;通过16S rDNA克隆文库分析获得7个克隆,其近缘种主要为L. fermentum、L. plantarum及L.paracasei;在16S rDNA的克隆文库中,76.3%为L. fermentum的近缘种,20.3%为L. plantarum的近缘种,3.4%为L. paracasei的近缘种.     

不同pH下糖蜜废水的厌氧产酸发酵类型及微生物群落结构解析

为寻求厌氧产酸发酵反应器的适宜控制参数和微生物学机制,以ACR(厌氧接触式发酵制氢反应器)为试验平台,通过分阶段调控反应器的pH,考察不同pH下ACR系统的产酸发酵类型和产氢性能,并采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术对微生物群落结构进行了解析.以糖蜜废水为基质,以城市污水厂剩余污泥为种泥,在污泥接种量(以MLVSS计)为3.58 g/L、进水ρ(COD_Cr)为5 000 mg/L、HRT为12 h条件下,分别考察了系统在pH为6.0～6.5、5.5～6.0、5.0～5.5、4.5～5.0条件下的运行特性.结果表明,在pH为4.5～5.0时,系统中以Ethanoligenens harbinense YUAN-3为代表的产氢菌群占优,呈现典型的乙醇型发酵特征,活性污泥表现出的产氢性能最佳,其氢气转化率和污泥的比产氢速率分别为1.9 mol/mol和7.8 mmol/(g·d).在pH为5.5～6.5、5.0～5.5的条件下,Clostridium tyrobutyricum strain A1-3、Propionibacterium sp.B2M2分别成为优势菌群,系统分别呈现出丁酸型发酵、混合酸发酵类型.研究显示,随着pH的改变,系统内的产酸发酵菌群随之发生更迭,在不同pH控制水平下形成不同的顶级微生物群落结构,进而使得系统呈现出不同发酵类型和产氢性能.