米曲霉发酵厨余垃圾制备富酶产物的研究

为了探讨利用微生物发酵厨余垃圾产酶的最佳条件,实现厨余垃圾高值资源化,选取米曲霉为试验菌种,基于米曲霉BNCC142787 (简称“米曲霉B”)、米曲霉CGMCC3.4427 (简称“米曲霉C”)的生长特性解析,研究不同培养方式(静置、振荡)和培养温度(30、35、40 ℃)对米曲霉好氧发酵厨余垃圾产酶性能的影响. 结果表明:米曲霉B和米曲霉C分别在30 ℃和40 ℃、pH为6的培养条件下生长最佳;与静置培养相比,振荡培养可显著提高米曲霉菌丝体的形成和生长速率,促进淀粉酶和蛋白酶分泌. 米曲霉B在40 ℃下厨余垃圾好氧发酵48 h时蛋白酶活性最高,为66.64 U/g;在30 ℃下好氧发酵48 h时,其淀粉酶活性最佳,为129.44 U/g. 米曲霉C在40 ℃下、厨余垃圾好氧发酵96 h时蛋白质酶和淀粉酶活性均达到最高,分别为64.02和131.11 U/g. 研究显示,米曲霉B和米曲霉C产生蛋白酶与淀粉酶的能力相当,但米曲霉B生长速率快,所需发酵时间短,可在温和的条件下实现产酶,因此采用米曲霉B在40 ℃、好氧发酵48 h条件下进行酶源制备,可充分利用厨余垃圾中的营养物质获得富含淀粉酶和蛋白酶的产物,具有显著的应用潜力.      

运动发酵单胞菌同步糖化发酵厨余垃圾制取乙醇

以学生食堂的厨余垃圾为原料,接种运动发酵单胞菌同步糖化发酵制取燃料乙醇,探讨其发酵过程的影响因素,并与酵母发酵的结果进行对比.结果表明,较适宜的乙醇发酵条件为：固液比1:0.5,pH5,接种量10%,温度30 , ℃ 发酵时间40h,在此条件下,乙醇产量为53g/L.与接种酵母进行乙醇发酵相比,运动发酵单胞菌发酵具有乙醇产率高,发酵速率快等优点,可以有效地从厨余垃圾中生产乙醇.     

同步糖化发酵从厨余垃圾生产燃料乙醇的研究

由于厨余垃圾含有大量的水和有机物,成为垃圾收集与运输过程中腐败、发臭之源.为了寻找垃圾处理及再生利用的新方法,本文以北京科技大学学生二食堂的厨余垃圾为原料,应用同步糖化发酵(SSF)的方法制取燃料乙醇,探讨了其同步糖化发酵过程的影响因素.结果表明,在适宜的乙醇发酵条件范围内,乙醇产量最高为15.3mL/100 g有机垃圾,达到了回收厨余垃圾中有用的物质和能源,实现其资源化的目的.     

散点状小规模厨余垃圾回收技术研究和应用

研究开发了一种利用"高温好氧消化技术"的小型餐厨垃圾处理设备,处理量为100kg/d,通过筛选驯化能对厨余垃圾进行有效处理的菌种,将厨余垃圾进行油水分离后,调整厨余垃圾的含水率至55%,接种底物1%的菌制剂,通过PLC温度控制系统控制温度,对厨余垃圾进行转化处理。进行发酵处理后的产物基本满足国家有机肥标准,可做有机肥料进行再利用,并且降低致病菌繁殖危害。这种小型的厨余垃圾处理设备,能针对性地对呈"散点状"分布的学校及交通干线沿线的餐厨垃圾进行处理。     

高温菌的生理生化及其16S rDNA序列分析

利用高温菌耐热嗜热的特性和有机物好氧分解的基本原理,从厨余垃圾处理系统中分离筛选到6株在65℃能产生淀粉酶、脂肪酶、蛋白质酶及纤维素酶的高温高效菌种,并对其生理生化和16S rDNA进行了分析。结果表明:筛选出的6株高温菌,经鉴定都有芽孢,并具有兼氧性;对其进行16S rDNA区段序列测定显示,6株高温菌属于Geobacillus thermog lucosidasius菌种中的不同亚种;分离筛选出的高温菌经过2h的迟缓期后很快进入对数生长期,且持续时间较长,生长速度尤以HB6最快;6株高温菌株全部具有淀粉、纤维素、蛋白质降解活性,5株有脂肪降解活性。可见高温菌具有更高的有机物降解活性和更快的代谢速率,可提高有机物质的降解速率,缩短工艺运行时间,有利于工业化生产,在厨余资源化利用上具有广泛的应用前景。     

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%.     

固体发酵提高水生植物发酵产物蛋白含量的研究

采用微生物固体发酵技术对伊乐藻(Elodea nuttalli)、苦草(Vallinmeria spiralis)和喜旱莲子草(Alterranthera philoxerides)3种高等水生植物进行单细胞蛋白生产的研究,分析单一菌种和混合菌种发酵过程中水生植物粗蛋白含量和纤维素酶活的变化过程.研究结果表明,与单一霉菌发酵相比,利用霉菌与酵母混合发酵,可明显提高发酵产物粗蛋白产量,其中以黑曲霉(Aspergillus niger)与产朊假丝酵母(Candida utilis)混合发酵苦草的粗蛋白含量最高,产物中粗蛋白含量最高可达39.88%,粗蛋白增加率为84.2%,使其有可能成为鱼、家禽和家畜的蛋白饲料来源.因此,利用固体发酵处理水生植物可以实现水生植物的资源化.     

一体双腔室沼气发酵系统及其配套技术的推广应用

采用自行设计的一体双腔室沼气发酵系统及其配套技术和筛选的低温菌种,以有机废物等为原料,制取沼气。本发酵系统结构简单,成本低,变废为宝,改善环境,提高效益。     

有机垃圾机械强化快速好氧发酵工艺参数优化

好氧发酵(堆肥)技术是实现有机固废无害化的重要手段,但传统自然堆肥技术发酵周期长、占地面积大、操作环境差等问题限制了该技术的广泛应用。以研发有机垃圾强化快速好氧发酵工艺为目的,通过筛选环境温度、微生物接种、辅料投加、搅拌通风频率等强化堆肥关键可控因素,系统研究各项参数对有机垃圾好氧发酵过程的影响。研究结果表明,提高环境温度(25 ℃),合理控制搅拌通风频率(每小时搅拌通风30 min),接种丰甜复合菌种,添加辅料等手段可有效缩短堆肥周期,提高发酵效率。该研究成果对机械强化快速好氧发酵设备的开发具有指导意义。     

热水解对农业废弃物-厨余共发酵产气的影响

水热解预处理农业废弃物可有效改善其在厌氧发酵时易出现的纤维素类物质难以降解和产气效率低等问题,文章在研究了预处理温度对农业废弃物单独厌氧发酵产气的基础上,利用中心组合设计试验考察原料预处理温度、初始有机负荷(OLR)和原料质量比(厨余∶农业废弃物)3个因素在中温(35℃)条件下对农业废弃物和厨余垃圾共发酵时负荷产甲烷率的影响,并运用响应面法对其工艺参数进行优化。结果表明,单因素试验中预处理温度达到180℃时产气效率是未处理组的2.77倍;根据多因素试验结果建立的数学模型具有高度显著性(P0.001),通过响应曲面最优化分析得到农业废弃物与厨余共发酵的最优条件为:预处理温度为170℃,初始有机负荷为0.02 g VS/m L,厨余垃圾与废弃物的质量比为2∶1,负荷产甲烷率的预测值最大为521.05 m L/g VS,验证试验平均值为511.35 m L/g VS,二者相对偏差为1.86%,可用于实际应用中。各因素对负荷产甲烷率的影响程度依次为初始有机负荷餐厨秸秆质量比预处理温度。通过红外光谱检测和扫描电镜对预处理前后的废弃物粉末进行定性分析,结果表明,热水解预处理农业废弃物,对纤维素、半纤维素、木质素及其含有的官能团均有一定程度的破坏,是预处理后的废弃物作为共发酵底物产气效率更高的原因。     

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.      

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).      

餐厨垃圾好氧生物处理菌株的选育

文章以枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌等10株细菌为出发菌株,以耐高温、生长速度快、生物安全性、生物拮抗性以及产酶能力为筛选原则,从中筛选得到4株细菌,分别为:地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis,TKFW1003)、巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium,TKFW1005)、纳豆芽孢杆菌(Bacillus natto,TKFW1102)、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis,TKFW1108)。然后将筛选得到的4株细菌按10%的比例添加到30 L固态发酵罐中,再添加10%的麸皮和50%的水为辅料,对餐厨垃圾进行固态发酵处理。最后将固态发酵结束后得到的产品取出烘干粉碎,经检测:经好氧微生物处理后得到的产品,其有效活菌数、有机质含量、水分含量及蛔虫卵死亡率等指标均达到了农业部农用有机肥标准,此法实现了餐厨垃圾的无害化、资源化、减量化处理,具有生产成本低、无二次污染、可操作性强等优点。     

废气降解菌分离及其与影响因素函数关系研究

文章介绍了一株芳香族废气降解菌的筛选过程,以及应用于生物反应器时各因素对甲苯降解的影响。塔式生物滤池是一种高效的废气净化装置,但其对污染物的降解性能受菌种性能、气体流量、液体流量、污染物性质及其量、pH值等条件的共同影响,重点研究了各种影响因素对芳香族废气降解的影响。     

菌群固体发酵提高餐饮废渣产蛋白含量的研究

文章采用复合固态发酵方法,选用白地霉、解酯亚罗酵母、康宁木霉三种霉菌发酵处理餐饮废渣,通过测定粗蛋白含量以及水溶性蛋白含量,优选出菌群最佳发酵效果配比;并通过实验,探讨了影响发酵工艺的条件因素。实验结果表明:3种菌种等比发酵效果最好;当含水率为65%,初始pH=5.5,接种液之比为15%,培育发酵42h,餐饮废渣中粗蛋白质含量能提高到24.58%,比发酵前提高17.58%,在减少餐饮废渣对环境造成的二次污染的同时,提高蛋白质产量。     

生活垃圾好氧堆肥微生物接种的初步研究

对城市生活垃圾高温好氧堆肥的人工接种试验进行了初步研究,利用恒温培养箱模拟堆肥中心的温度,筛选出堆肥各个阶段的优势菌种,单独培养后混合加入到城市生活垃圾的高温好氧堆肥中,通过温度变化和微生物数量变化考察了不同堆肥条件下垃圾降解效果的差异。结果表明,利用恒温培养箱模拟堆肥中心的温度是可行的;主发酵阶段进行微生物接种不能造成所加菌种的优势地位,且加菌的效果不明显,但在后发酵中接种降解纤维素活性高的霉菌很容易达到优势地位,因此可以利用所加霉菌提高堆肥的温度,加速降解的速度,以此为下一步菌群的筛选工作提出了方向。     

米曲霉协同抗酸化菌剂制备餐厨垃圾氨基酸液态肥

餐厨垃圾全量资源化过程中大分子物质与易降解有机质的同步转化,是制备高品质液态肥的关键. 本文采用自主筛选的抗酸化菌剂和米曲霉协同制备富含氨基酸的液态肥,通过温度、初始pH、菌剂接种量等工艺条件优化,解析大分子物质(有机质、蛋白质、淀粉等)的降解转化特性,阐明微生物群落演替规律. 结果表明:抗酸化菌剂与米曲霉的协同作用可促进餐厨垃圾中大分子物质的有效降解转化,当温度为38 ℃、初始pH为6.5、接种量为1%时,好氧发酵6 d后产物中游离氨基酸浓度显著提高,达到4.09 g/L. 极差分析发现,对产物中游离氨基酸浓度影响的显著性由高到低依次为接种量、温度和初始pH. 微生物群落演替规律分析表明,Bacillus和Aspergillus是发酵过程中的优势微生物,与游离氨基酸浓度具有较强的相关性;Agaricales、Cladosporium、Vibrio在淀粉的降解、溶解性碳水化合物的赋存中起到重要作用. 研究显示,米曲霉协同抗酸化菌剂好氧发酵餐厨垃圾可实现易降解有机质与大分子物质的同步转化,提高产物游离氨基酸含量,为餐厨垃圾高值化利用提供技术支撑.      

好氧堆肥微生物代谢多样性及其细菌群落结构

好氧堆肥是农业废弃物无害化处理和资源化利用的一条有效途径.为了探究好氧堆肥过程中微生物群落的代谢特征和细菌群落演替现象,了解起关键作用的微生物菌群,通过筛选强降解菌种改善堆肥工艺、提高堆肥效率,采用Biolog法和宏基因组法分析了玉米秸秆和牛粪联合好氧堆肥过程中微生物的碳源代谢能力和细菌群落多样性.结果表明:在第2次翻堆（第14天）时,微生物利用碳源的能力最强,初次建堆时（0 d）和其余翻堆时（第8、20、26天）次之,发酵结束时（第34天）最弱.Simpson、Shannon-Wiener和McIntosh多样性指数表明,建堆时及翻堆时的菌群优势度、丰富度和均匀度均极显著优于好氧堆肥结束.不同好氧发酵时间的微生物群落对同一碳源代谢有差异,同一好氧发酵时间微生物群落对不同碳源的利用率不同.糖类、酸类和醇类是区分好氧堆肥不同时间微生物碳源利用差异的敏感碳源.好氧堆肥不同时间细菌的种类和丰度不同,共享的优势菌门有厚壁菌门（Firmicutes）、变形菌门（Proteobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、绿弯菌门（Chloroflexi）、放线菌门（Actinobacteria）和浮霉菌门（Planctomycetes）,在第0、8、14、20、26、34天这6个时间内它们的相对丰度之和分别达90.27%、90.34%、94.26%、84.21%、84.31%和77.61%,且6种门类在不同发酵时间的丰度表达存在消长变化状态.研究显示,参与好氧堆肥不同时间的微生物群落在碳源代谢能力上存在多样性,在细菌菌群的种类和丰度上也存在多样性.      

厨余好氧堆肥中的氮素转化与氮素损失研究

试验采用静态好氧工艺对厨余垃圾进行了堆肥化处理,实验结果反映了厨余堆肥各形态氮的转化规律及其氮损失的数量和氨挥发的阶段。堆制期间,厨余堆肥全氮、有机氮的含量呈显著下降趋势,铵氮含量呈上升趋势,硝氮含量变化不大;堆肥结束后,厨余堆肥水溶性氮组分大量提高,堆肥有机氮90%以上以水溶态形式存在,水溶性总氮达到了堆肥全氮的81%;一次发酵前后,厨余堆肥全氮含量下降了26.3%,总氮损失率达50.0%。氨挥发是厨余堆肥氮损失的重要途径,氨挥发主要集中在堆肥高温阶段的中后期。