利用竹基纤维素为碳源生物转化L-乳酸的潜力研究

以竹材制浆厂备料工段产生的废弃竹屑为原料,采用蒸汽爆破预处理且提取半纤维素后的竹基纤维素为碳源,同时对预处理前后竹屑采用扫描电子显微镜&能谱仪和激光粒度分析仪进行表征;用分步水解发酵工艺,结合高效液相色谱对发酵L-乳酸工艺关键参数进行了分析,探究了该碳源生物转化L-乳酸的潜力。结果表明,蒸汽爆破预处理提高了原料酶解还原糖释放量,在总固体(total solids,TS)质量浓度140 g/L、酶添加量60 FPU/g、酶解54 h条件下糖化,总糖质量浓度可达31.19 g/L。将糖化液用于发酵试验,在起始糖质量浓度19.43 g/L,发酵初始pH 6.5、菌株接种量5%、发酵17 h条件下,L-乳酸质量浓度可达6.28 g/L,其糖酸转化率高达80.87%。综上,该实验为竹基纤维素的利用提供了高值化途径参考。

利用好氧堆肥法协同处理多种酒业固废的原料配比

为解决酒业多种固体废弃物的污染和资源浪费问题,以桑葚酒糟、白酒丢糟和吹糠灰为原料,利用自制堆肥装置分别按照桑葚酒糟、白酒丢糟和吹糠灰的绝干质量比1∶2∶2和2∶9∶9建立2个堆肥系统,进行了为期30 d的实验,以初步探寻其适宜配比。当桑葚酒糟、白酒丢糟和吹糠灰的绝干质量比为2∶9∶9时,其在好氧堆肥发酵过程中温度、pH、电导率、含水率、总氮、氨态氮、硝态氮、有机质及其降解率、碳氮比等多项指标均处于相对较优水平,其腐熟时间大约为20~25 d,较另一组比例有所提前;最终的T值为0.62,种子萌发指数达到了103.93%,均显著优于另一组(P<0.05),整体效果较好。研究利用酒业多种酿造固体废弃物生产有机肥,研究其适宜的原料比例,为酒业固废资源化处理提供了有效的新途径。

富集纤维素降解菌群过程中微生物群落多样性分析

纤维素降解微生物资源的挖掘,是实现纤维素高值化利用的重要途径。为构建高效的可培养的纤维素降解体系,以羧甲基纤维素钠(CMCNa)为底物,通过长时间富集山羊瘤胃内溶物,经传代培养,初步构建了1个纤维素降解富集体系。在富集过程中选取前、中、后3个时期10个传代样品,采用高通量测序技术,剖析富集物中细菌、真菌群落结构和多样性的响应差异,揭示不同时期的微生物群落结构变化规律。前期传代样品的细菌丰富度、多样性及均匀度均优于后期传代样品。前期传代样品的真菌群落丰富度较差,但真菌群落的多样性及均匀性高于后期传代样品。分析10个样品中的细菌属水平,德沃斯氏菌属(Devosia sp.),纤维单胞菌属(Cellulomonas sp.)所占比例较高。真菌属水平曲霉属(Aspergillus sp.),古根霉属(Archaeorhizomyces sp.)所占比例较高。细菌,真菌属热图分析表明不同传代样品之间优势种群存在显著差异。以羧甲基纤维素钠为底物对山羊瘤胃内容物连续传代培养可以富集得到纤维素降解复合菌系。

中草药混菌固态发酵玉米秸秆饲料及工艺条件的研究

目前农作物秸秆存在综合利用效率低以及其生物转化产品饲料附加值低的问题,为提高干玉米秸秆的综合利用率,本研究以干玉米秸秆为主要原料,辅以中草药(黄连、黄芪、黄芩等)、混合菌液(植物乳杆菌、枯草芽孢杆菌、酿酒酵母、运动发酵单胞菌比例1:1:1:1)、豆粕和葡萄糖混合发酵制作饲料。先通过单因素试验确定各个因素的添加范围为水分含量(60%、65%、70%)、菌液添加量(1%、2%、3%)、尿素添加量(1%)以及葡萄糖添加量(4%、6%、8%),再通过三因素三水平的正交试验,探究混菌固态发酵玉米秸秆饲料最佳发酵工艺条件。研究结果表明:混菌固态发酵玉米秸秆饲料的最佳工艺条件为含水量70%,葡萄糖添加量8%,混合菌液添加量3%,尿素添加量1%,30℃发酵30 d,此条件下,真蛋白含量最高为7.61%;对该发酵工艺条件进行工艺结果验证,混菌固态发酵玉米秸秆饲料中真蛋白含量为7.47%,且添加中草药后能够促进乳酸菌的数量由6.09 Log10CFU/g增加到7.01 Log10CFU/g,增加15.10%,乳酸含量由24.93 g/kg增加到29.38 g/kg,相较对照组(-TCH)提高了17.84%。同时添加中草药能够明显地抑制腐败菌如霉菌和大肠菌属的滋生,以及促进玉米秸秆纤维素和半纤维素的部分降解。此外,添加中草药可提升干物质质量,增加饲料营养保存的完整性。因此,在玉米秸秆中添加中草药添加剂利用混合固体发酵有助于提高饲料发酵质量。

浓香型白酒窖内不同空间位置原酒风味物质初步分析

为探究浓香型白酒窖池内不同空间位置发酵原酒之间的风味物质差异,运用理化检测及气相色谱-质谱联用技术(GC-MS)对不同空间位置原酒进行测定,结合多元统计分析对数据进行聚类分析(CA)、主成分分析(PCA)、正交偏最小二乘判别分析(OPLS-DA)。结果表明,原酒的总酸、总酯含量随着窖池深度增加而显著增加(P<0.05)。原酒中共检测出42种风味物质,各类风味物质含量随窖池深度而增加。CA与PCA结果显示,上层原酒与中、下层原酒风味物质种类以及数量较为一致,但含量方面存在明显差异。OPLS-DA与维恩分析结果显示,不同空间位置原酒中共得到28种具有代表性的差异风味物质,其中己酸乙酯、戊酸乙酯、正己醇、正丁醇、丁酸、乙酸为上、中、下层原酒共有的6种差异风味物质,且含量随着窖池深度递增,而3-甲基丁醇则呈相反趋势。综上,利用挥发性风味成分的差异结合多元统计分析方法,可以解析不同空间位置原酒差异风味物质,以及为提高原酒质量提供一定参考。

有机废弃物厌氧发酵系统失稳预警研究进展

厌氧发酵技术是实现有机废弃物资源化利用的重要手段之一,而系统失稳是阻碍发酵工艺正常稳定运行,甚至导致发酵失败的主要原因。预警指标监测可以实现对系统失稳的早期诊断和预判,便于及时进行调控,避免发酵失败。在归纳总结国内外相关研究的基础上,将现有的预警指标分为单一指标和复合指标,分别进行了综述,总结了这些指标的预警效果及存在的问题,并对今后该领域的研究方向进行了展望,以期为有机废弃物厌氧发酵系统的高效稳定运行提供参考。

秸秆沼气发酵技术现状与发展趋势

世界能源格局正在发生转变,我国沼气产业正走上转型升级之路,秸秆沼气发酵工艺迎来巨大发展机遇,但同时也存在相应的挑战。该研究综述了秸秆收储运体系、秸秆预处理方法、秸秆混合发酵工艺、秸秆沼气工程产业化和商业化以及政策、资金等,系统介绍了我国秸秆沼气发酵工艺所面临的机遇与挑战,并提出相应的发展建议。

蒸汽爆破预处理提高竹屑糖化效果的研究

采用蒸汽爆破法对制浆备料工段的竹屑进行预处理,探究其对竹屑水解糖化的影响,并对蒸汽爆破前后竹屑的色度、结构及组分进行对比分析。结果表明:最佳工艺条件为竹屑原料含水率55%、爆破压力2.5 MPa、维压时间180 s,在该条件下还原糖含量为12.50%,较未预处理竹屑提高了61.08%;纤维素含量提高了13.98%,且60.63%的半纤维素被保留下来;蒸汽爆破使得竹屑变得蓬松且颜色由黄棕色转为黄褐色,纤维表面出现撕裂现象;纤维主体结构没有改变,纤维素、半纤维素及酸不溶木素的部分结构被破坏,竹屑物料相对结晶度由49.46%增加到55.93%。

响应面法优化运动发酵单胞菌发酵面包工艺

为探究运动发酵单胞菌发酵面包的最佳生产工艺,考察发酵时间、蔗糖添加量、食盐添加量对面包感官评分的影响。通过单因素试验结合响应面方差分析优化其最佳工艺参数,并对成品面包的理化指标、质构特性及微生物指标进行检测。研究结果表明,各因素对运动发酵单胞菌面包的影响顺序为发酵时间>蔗糖添加量>食盐添加量,最佳工艺参数为发酵时间3.40 h、蔗糖添加量15.60%、食盐添加量0.80%。此时运动发酵单胞菌发酵面包品质最佳,实际感官评分为92.78。成品表面完整光洁,具有浓郁的面包香气,口感松软适口,组织内部细腻、有弹性,理化指标及微生物指标均符合国家标准。

厌氧角蛋白降解菌KD-1粗酶和商业蛋白酶酶解猪肉的功能与评价

生物酶解技术是处理畜禽尸体、实现废弃蛋白质无害化、资源化利用的有效途径,但是生物酶制剂的处理效率和成本限制了该技术的发展和应用。采用厌氧角蛋白降解菌KD-1粗酶液以及商品化碱性蛋白酶、中性蛋白酶、复合蛋白酶与木瓜蛋白酶酶解生猪肉,通过分析酶解产物的游离氨基酸含量及氨基酸组成、可溶性蛋白含量与氨氮含量等指标,系统评价各类生物酶的酶解特性与效率。结果显示,碱性蛋白酶作用下猪肉干物质的消耗量最高,干物质消耗率高达77.07%,但KD-1粗酶液作用下油脂的回收量更高。单位酶活的复合蛋白酶酶解1 g猪肉,游离氨基酸的产量为3.29±0.11μg·g^(-1)U^(-1),木瓜蛋白酶作用下可溶性蛋白的产量为4.32±0.13μg·g^(-1)U^(-1)。复合蛋白酶酶解1 kg猪肉的游离氨基酸产量高达81.79±4.36 g,KD-1粗酶液酶解1 kg猪肉的可溶性蛋白产量高达101.24±3.20 g,并且氨氮含量仅1.27±0.03 g。生产成本分析表明KD-1粗酶液酶解1 t猪肉的成本仅2011.82元,生产游离氨基酸的成本约为63.40元·kg^(-1),可溶性蛋白的成本约为19.89元·kg^(-1),相比商业化蛋白酶更低。故而利用角蛋白降解菌KD-1粗酶液酶解生猪肉,可获得较高的蛋白质产物,且酶解产物的生产成本更低,在回收利用畜禽尸体蛋白质资源技术的开发中具有潜在的应用价值。

竹虫肠道微生物源纤维素酶基因在运动发酵单胞菌中的异源表达

运动发酵单胞菌(Zymomonas mobilis,Z.mobilis)是生产燃料乙醇的传统优势菌株,也是秸秆燃料乙醇研究方向的热点。秸秆为底物具有难降解性的特性,在实际生产应用过程中往往需要额外投加酶制剂,导致菌株发酵效率降低,发酵成本增高。为缓解这一问题,通过引入外源纤维素酶基因,在Z.mobilis内构建纤维素酶的分泌途径,让发酵菌株能够水解利用纤维素。研究利用竹虫肠道内微生物含有丰富的纤维素酶基因,连接到质粒转化菌株后并检测其在大肠杆菌和Z.mobilis的异源表达。结果显示,研究构建了21株重组菌ZMS912,胞外酶活显示,ZMS912-GH44酶活最高为192.56 U·mL^(-1),ZMS912-GH44C酶活为139.19 U·mL^(-1),ZMS912-GH28为138.7 U·mL^(-1),分别比出发菌株提高了11倍、7.7倍和7.6倍。在菌株内构建分泌纤维素酶途径以降低生产中加酶量是一个可行的降低成本的方法。

酿酒酵母在糖质燃料乙醇中的发酵工艺优化

低成本、高产量的发酵工艺是实现工业燃料乙醇经济和环境可持续性发展的关键,而不需要重大基础设施改变或投资.为获得酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)利用甘蔗汁生产燃料乙醇的最优发酵工艺,首先对发酵体系的氮源条件进行优化;其次,在单因素试验基础上,以乙醇发酵效率为响应值,通过响应面法优化了燃料乙醇生产的发酵工艺,并通过补料分批发酵技术在5 L发酵罐中进一步扩大发酵.结果表明,以1.0 g/L (NH)SO和1.0 g/L酵母提取物作为发酵氮源,乙醇发酵效率和得率比对照可分别提高4.80%、9.52%.响应面设计获得的最优发酵工艺条件为在总糖浓度150.0 g/L、酵母提取物浓度2.0 g/L、发酵时间24.5 h、pH5.0、外加(NH)SO浓度1.0 g/L时,最高乙醇发酵效率可达到91.10%.在5 L发酵罐中采用补料分批发酵获得的最终乙醇浓度达到98.92 g/L,发酵效率维持在90%左右,乙醇生产力最高达到3.81 g Lh.本研究获得了一种高效生产糖质燃料乙醇的发酵工艺,可在较短时间内获得高浓度乙醇且消耗较少氮源,结果可为进一步利用糖质原料进行高效生物炼制及高浓度乙醇工业化生产提供参考.(图6表6参30)