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.     

餐厨垃圾乳酸发酵过程中的微生物多样性分析

采用PCR-DGGE等分析手段,研究了餐厨垃圾乳酸发酵过程中的微生物种群动态变化.结果表明,餐厨垃圾不灭菌而接种的开放式发酵体系中微生物的多样性高于灭菌后接种的非开放式发酵体系,而乳酸产量也是前者高于后者.说明发酵体系中的微生物多样性与乳酸产量有很大的相关性.通过对部分条带的测序可知,餐厨垃圾开放式发酵体系中除含有接种用的嗜淀粉乳杆菌外,还含有很多土著乳酸菌,如Lactobacillus sp.、Lactobacillus casei和Lactobacillus plantarum,以及土著水解菌,如假单胞菌属(Pseudomonas sp.)等,这些土著菌的存在是促进乳酸发酵的重要因素.PCR-DGGE结合技术对于成分复杂的餐厨垃圾中的细菌种群结构的动态变化分析是可行的.     

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%.     

甜菜糖蜜乳酸发酵工艺参数的优化及酵母膏替代物的初探

采用正交设计实验进行糖蜜发酵产乳酸的研究 .结果表明 ,在所选择的发酵温度、初始糖浓度、酵母膏用量和接种量 4个因素中 ,初始糖浓度对乳酸产量的影响最显著 .最佳发酵条件是 ,初始糖浓度 70g/L ,接种量 7% ,温度 37℃ ,酵母膏用量 3% .在此条件下 ,乳酸产量在发酵 72h时可达 4 0 g/L左右 .酵母膏作为一种辅料 ,对增加乳酸产量效果明显 ,但造价较高 .以厨房垃圾、豆渣、硫酸铵作为酵母膏的替代物 ,进行糖蜜发酵时 ,其糖底物都能被有效利用 ,乳酸转化率与酵母膏相当 ,但乳酸产量仍低于酵母膏 ,表明乳酸发酵是极为复杂的过程 ,不仅与氮源有关 ,还与维生素等营养物质有关     

pH和发酵时间对厨余垃圾发酵产乳酸及光学特性的影响

通过间歇实验探讨了在中温、非灭菌条件下,pH和发酵时间对厨余垃圾发酵产乳酸及其光学特性的影响.结果表明,采用非灭菌的厨余垃圾发酵产乳酸,发酵液中还原糖浓度低,pH调节到近中性和偏碱性（pH为6～8）的各组还原糖浓度高于偏酸性组（pH=5和pH=4的对照组）;在控制pH为7时,总乳酸产生速率达到0.59 g·(L·h)^-1,单位挥发性固体的乳酸产量达到0.62 g·g^-1;控制pH为7和8时,以有机碳表示的乳酸分别占发酵液总有机碳的78%和89%;控制pH为8时,L-乳酸是主要的异构体形式,单位挥发性固体L-乳酸产量达到0.48 g·g^-1;响应面分析结果表明,发酵时间在120 h前,随着pH升高和发酵时间的延长,发酵液中L-乳酸浓度增大,120 h后则下降;pH和发酵时间对L-乳酸占总乳酸的比例有明显影响：偏酸性条件(未调pH及pH=5),发酵前120 h,该比例随发酵时间逐渐增大,L-乳酸在总乳酸中的比例达到0.9,其后,则逐渐下降;偏碱性条件下(pH=8),L-乳酸在总乳酸中的比例在整个发酵时间段内都保持在0.86以上,在发酵时间48 h时达到0.93,而在pH中性条件下,该比例在发酵后期显著下降;控制pH为8时,可以同时获得高的乳酸产量和光学纯度.     

餐厨垃圾直接发酵生产生物质丁醇的研究

为考察餐厨垃圾不糖化直接进行产丁醇发酵的可行性,优选高效利用淀粉产丁醇梭菌Clostridium saccharoperbutylacetonicum N1-4,并发现不同来源和构型的淀粉对发酵有影响,且直链淀粉更易于被利用。餐厨垃圾直接发酵比糖化发酵效率高,且可避免底物抑制。在固液比1∶1条件下,餐厨垃圾直接发酵丁醇产量达到12. 1 g/L,丁醇碳转化率为0. 402,最大生产速率为0. 705 g/(L·h);固液比1∶2条件下,直接发酵最大生产速率是糖化发酵的2. 05倍。餐厨垃圾发酵产丁醇,可在解决环境问题的同时,为丁醇生产提供廉价原材料。     

Pseudomonas sp. GL1利用不同预处理污泥产氢及其底物变化研究

采用厌氧发酵的方法研究Pseudomonas sp.GL1利用灭菌、微波和超声波预处理污泥产氢效果,讨论3种预处理污泥产氢效果的差异,并对污泥发酵过程中底物性质变化(SCOD、可溶性蛋白质、总糖和pH值等)进行了探讨.实验结果显示,产氢菌Pseudomonas sp.GL1发酵各预处理污泥过程中均只有H2和CO2产生,无CH4产生.3种不同预处理污泥同等条件下发酵,灭菌污泥的产氢效果最佳,氢气含量高达81.45%,产氢率为30.07mL·g-1.超声波处理污泥产氢延迟时间最短(3 h);灭菌污泥最长(15 h);微波预处理污泥为12 h.在预处理污泥发酵产氢过程中,各种污泥性质变化情况各不相同,尤其是灭菌污泥,这说明不同的预处理方法影响Pseudomonas sp.GL1发酵过程对污泥中营养物质的利用.     

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.     

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.     

氧化铁投加方式对餐厨垃圾厌氧消化产气的影响

氧化铁可以促进产甲烷菌的代谢活动,从而加快厌氧消化体系的产甲烷速率。通过设计3组反应器,探究了不同的氧化铁添加方式对餐厨垃圾厌氧消化产甲烷的影响:包括空白组A(餐厨垃圾+厌氧污泥),以及2个实验组B(餐厨垃圾+厌氧污泥,48 h后投加氧化铁)和C(餐厨垃圾+厌氧污泥+氧化铁)。结果表明:反应器A酸化严重,进入长期产甲烷抑制状态;反应器B可以解除酸抑制,恢复体系产甲烷能力,但需要较长的启动期;反应器C则能较快达到产甲烷阶段。此外,截止到第54天实验结束,反应器C的累积产甲烷量(48 349 m L)高于B(35 665 m L)。对于餐厨垃圾厌氧消化,投加氧化铁可解除体系酸抑制,恢复其产甲烷能力。而在厌氧消化初期加入氧化铁可以更快地解除酸抑制,并促成更高的产甲烷速率。     

温度对接种酵母菌和醋酸菌餐厨垃圾微氧发酵产乙酸的影响

通过间歇实验,探究了温度(25,35,45,55℃)对餐厨垃圾接种酵母菌和醋酸菌后产乙酸和挥发性脂肪酸的影响.结果表明,控制温度在25℃时,发酵液中乙酸浓度远高于35、45和55℃,发酵8d后,乙酸的产量最大,达到0.59g/L;最大的VFA浓度在25℃下获得,达34.49g/L.VFA中以乙酸为主,并有少量丙酸和丁酸产生.随温度的逐渐升高,TS和VS去除率先上升后下降,在35℃时,发酵底物餐厨垃圾的TS和VS去除率最高,为30%和60%左右.     

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。     

真空冷冻干燥乳酸菌的研究进展

介绍了真空冷冻干燥的原理,乳酸菌干粉发酵剂的生产工艺,影响乳酸菌冷冻干燥存活率的因素等,并对如何提高冷冻干燥菌种的存活率进行了探讨.认为影响乳酸菌存活的因素主要有菌种自身的因素、冻干对菌种的伤害以及保护剂的作用.故应该从以下两个方面深化研究:一是继续深入研究菌种的冻伤机理,设置合理的冷冻干燥程序;二是研发高效、经济的冷冻干燥保护剂和再水化剂,既要最大限度地保障菌种的存活率又要经济实用.     

Co-fermentation of waste activated sludge with food waste for short-chain fatty acids production: effect of pH at ambient temperature

Effect of pH ranging from 4.0 to 11.0 on cofermentation of waste activated sludge (WAS) with food waste for short-chain fatty acids (SCFAs) production at ambient temperature was investigated in this study. Experimental results showed that the addition of food waste significantly improved the performance of WAS fermentation system, which resulted in the increases of SCFAs production and substrate reduction. The SCFAs production at pH 6.0, 7.0, 8.0, and 9.0 and fermentation time of 4 d was respectively 5022.7, 6540.5, 8236.6, and 7911.7 mg COD·L⁻¹, whereas in the blank tests (no pH adjustment, pH 8.0 (blank test 1), no food waste addition, pH 8.0 (blank test 2), and no WAS addition (blank test 3)) it was only 1006.9, 971.1, and 1468.5 mg COD·L⁻¹, respectively. The composition of SCFAs at pH from 6.0 to 9.0 was also different from other conditions and propionic acid was the most prevalent SCFA, which was followed by acetic and n-butyric acids, while acetic acid was the top product under other conditions. At pH 8.0 a higher volatile suspended solids (VSS) reduction of 16.6% for the mixture of WAS and food waste than the sole WAS indicated a synergistic effect existing in fermentation system with WAS and food waste. The influence of pH on the variations of nutrient content was also studied during anaerobic fermentation of the mixture of WAS and food waste at different pH conditions. The release of NH₄⁺-N increased with fermentation time at all pH values investigated except 4.0, 5.0 and in blank test one. The concentrations of soluble phosphorus at acidic pHs and in the blank test one were higher than those obtained at alkaline pHs. Ammonia and phosphorus need to be removed before the SCFAs-enriched fermentation liquid from WAS and food waste was used as the carbon source.