柠檬酸盐对秸秆厌氧降解体系产沼气的影响

将马氏甲烷八叠球菌、地农芽胞杆菌、施氏假单胞菌、谢氏丙酸杆菌接种于秸秆厌氧发酵体系中,考察添加柠檬酸盐对沼气产量、纤维素降解率和木质素降解率的影响.研究发现:添加3g/L柠檬酸盐(添加组)促进了体系的产气效率,沼气产量比对照提高了1倍,其总固体(TS)、挥发性固体(VS)含量分别比对照降低11.2％和5.1％.对照挥发性脂肪酸(VFA)浓度在84h达最大值,达到7.07g/L,仅为添加组的80％,其平均积累速率51.6mg/(L·h),比添加组69.2mg/(L·h)降低25.4％,说明添加柠檬酸盐提高了厌氧发酵体系TS、VS的利用率,促进了厌氧体系乙酸和丙酸、丁酸等VFA的合成.同时发现:秸秆厌氧发酵体系的纤维素降解率普遍高于木质素降解率7.5％左右,说明多菌耦合厌氧发酵产沼气体系的降解纤维素能力高于降解木质素的能力.     

硝酸盐对畜粪秸秆体系厌氧发酵产沼气的影响

秸秆畜粪体系厌氧发酵过程发生了基质酸化,其pH值在5.2～5.5之间,虽然接种兼性氨化菌(粪产碱菌/苏云金芽胞杆菌)后体系的pH值提高了2.9％～13.6％,但仍在6.0以下.同时添加硝酸钾(2g/L)和氨化菌(接种体积比例为1∶2)厌氧发酵168h的产气量、pH值和挥发性脂肪酸(VFA)浓度分别为350mL、7.12g/L和2.54g/L,比对照组(只添加氨化菌)提高了62.8％、22.8％和降低了13.0％.表明硝酸钾对秸秆畜粪厌氧发酵体系pH影响极为显著,当培养环境中硝酸盐的可获得性不足时,氨化菌并不能被诱导并表现出硝酸盐呼吸的功能,因而其单独使用的缓冲pH效果并不明显.硝酸钾的加入改变了厌氧条件发酵的碳代谢途径,体系VFA的降低显著缓冲了体系的pH值,提高了体系pH值和厌氧菌系的代谢活性,促进了有机物向沼气转化的效率.同时也说明秸秆畜粪厌氧体系产沼气的限制性因子不是体系VFA的生成效率,而是VFA积累到临界浓度以上所造成的过低pH值.本研究为解决秸秆畜粪体系厌氧条件下因“基质酸化”而使沼气产量降低的矛盾提供了一种易行策略.     

复合菌群协同发酵烟梗的降解特性及微生物多样性研究

采用枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)与植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)复合发酵烟梗,研究复合菌群固态厌氧发酵前后烟梗细胞壁成分的变化、烟梗的结构性质和热解反应特性、致香成分及细菌群落结构的变化。结果表明：发酵5 d烟梗中木质素降解率达到50.55%,复合菌群主要通过断裂木质素与半纤维素之间的共价键、甲氧基脱甲基化、苯环开环等过程,增强对木质素的降解作用;复合菌群固态厌氧发酵更有利于烟梗热解反应的进行,发酵5 d烟梗的热解失重率增加了4.85%,最大热解反应速率提高了13.28%;发酵5 d烟梗中总致香成分含量提高了7.88%,其中类胡萝卜素降解产物总量提升效果显著;除枯草芽孢杆菌与植物乳杆菌外,与木质素降解相关功能菌群的相对丰度显著增加,多菌群协同作用增强了烟梗中木质素的降解转化。     

柠檬酸废水厌氧发酵产沼气的研究

利用厌氧培养系统,在37℃和120 r/min分批培养过程中周期性取样,考察柠檬酸废水厌氧发酵产沼气的可行性与优越性.研究发现废水中的柠檬酸促进了挥发性乙酸盐底物向沼气的转化,YP/V为378 mg/g,比对照提高18.4%;同时,提高了菌群厌氧发酵产沼气的效率,其YP/T230 mL/g,比对照提高30.7%.此外,还促进了菌群对挥发性乙酸盐底物的利用能力,其qV为7.52mg/g·h,比对照提高10.6%,而且菌群合成沼气的能力为2.93 mL/g·h,比对照提高了和35.7%.试验结果证实了柠檬酸废水对产气的促进是通过提高菌群的甲烷合成能力来提高产气效率,而非仅通过促进菌群生长的群体优势,并说明柠檬酸废水厌氧发酵产沼气具有较高的效率和较好的应用前景.     

提高漆酶活力的菌株组合筛选及诱导剂的研究

采用木质素降解酶互补的产酶组合培养和碱溶木质素降解相结合的方法,对实验室保存和分离的9株木质素降解菌株进行组合培养实验.结果表明,编号为m-6、55、m-8三株菌组合时,提高了整体产漆酶量,最高酶活达到了 891.7 U/L,比单菌株m-6的产酶皱提高了6倍.该组合菌的最适产酶pH值为5.5,最遁产酶温度为32℃.在对其产酶特性的研究中发现,外加藜芦醇5 mmoL/L、吐温-80 0.01%和愈创木酚3 mmoL/L,对组合菌株分泌漆酶有很大的促进作用,漆酶最高酶活达到2152.8 U/L,比对照样提高了166.3%.固态产酶培养后,第30天时,稻草粉的失重可达51.4%,纤维素降解率为38.5%,木质素的降解率为45.2%.     

不同接种量对玉米秸秆发酵的影响

本试验以玉米秸秆作为原料,改变接种比例,在温度38℃条件下采用批量发酵工艺进行高浓度厌氧发酵,研究不同接种量条件下的产气效果。试验表明：接种物与玉米秸秆TS的比例为1．10,Vs的比例为0．79时,厌氧发酵产沼气的效果最佳,TS产气率为412ml／g,VS产气率为470ml／g。     

利用小麦秸秆降解提取阿魏酸技术研究

采用超声波辅助碱醇法降解小麦秸秆提取阿魏酸,以期转化利用小麦秸秆资源。在单因素实验基础上,采用四因素三水平响应曲面分析法(RSA)对碱质量分数、碱醇比、提取温度、超声时间等提取工艺参数进行优化,并采用HPLC法对阿魏酸提取率进行测定。结果表明,在碱质量分数3.5%、碱醇比3.6∶1、提取温度30℃、超声时间42 min最优工艺条件下可有效降解秸秆,阿魏酸提取率可达8.014 mg/g;此技术为小麦秸秆综合利用提供新思路。     

硬毛粗盖孔菌预处理对玉米秸秆酶水解及组分变化的影响

以硬毛粗盖孔菌（Funalia trogii）为研究对象,比较其在不同预处理时间的产酶特征、预处理前后玉米秸秆酶解产糖量及其组分变化。结果表明,硬毛粗盖孔菌对木质素的降解以漆酶和锰过氧化物酶的协同作用为主导,漆酶和锰过氧化物酶活最高分别为341 IU/g和33 IU/g。经生物预处理14 d后的玉米秸秆酶解产糖量可达到350.74 mg/g秸秆,较原料提升184%。玉米秸秆组分的变化与其酶解增效密切相关,F. trogii预处理14 d后木质素和半纤维素含量分别降低了33.99%和36.61%,而纤维素仅降解8.77%,木质素和半纤维素的选择性降解,可显著降低玉米秸秆酶解抗性屏障,提升其酶解糖化效率。硬毛粗盖孔菌预处理玉米秸秆可实现木质纤维素的高效转化,缩短预处理时间,降低处理成本。     

以木质素为载体固态发酵制备生物肥料的工艺条件

以木质素为载体进行了固氮菌CN 2的固体发酵制备生物肥料的实验。结果表明 ,在草浆木质素中加入适量的玉米秸秆粉作为疏松剂 ,可作为固体发酵的良好载体 ,其优点在于可提高空障率 ,有利于散热和传氧。木质素载体在固体发酵中还具有稳定 pH的作用 ,适当提高其含量有利于促进微生物的生长。以固氮菌固体发酵制备木质素生物肥料的最佳工艺条件是 :工业木质素与玉米秸秆粉的质量比是 1∶0 75 ,接种量为 10 % ,培养温度 3 5℃ ,固液质量比为 1∶2 ,料层厚度为7 5cm。此培养条件下固氮菌活菌数最高可达 4 7× 10 10 /g。     

碱预处理秸秆同步糖化发酵生产丁二酸

研究了碱预处理秸秆及用琥珀酸放线杆菌Actinobacillus sucinogenes同步糖化发酵秸秆生产丁二酸。结果表明:用1.0%NaOH溶液于120℃分别预处理玉米、小麦和水稻3种秸秆2 h,其木质素的脱除率、纤维素与半纤维素的总保留率均在85%以上。以3种碱预处理后的秸秆为原料,在补加纤维素酶与纤维二糖酶的条件下,A.sucinogenes F3-21摇瓶厌氧发酵72 h,产丁二酸浓度分别为30.74 g/L、24.98 g/L和26.57 g/L;在7 L罐中厌氧发酵72 h,丁二酸浓度分别达到40.21 g/L,30.06 g/L和39.07 g/L,每克预处理秸秆产丁二酸分别为0.50g、0.38 g和0.49 g。并用钙盐法对玉米秸秆同步糖化发酵液进行提取,得到纯度为99.98%的丁二酸结晶。说明了玉米、小麦和水稻3种秸杆为原料进行同步糖化发酵生产丁二酸的可行性。     

秸秆基质中木质素白腐菌降解的SEM特征观察

研究了黄孢原毛平革菌(PhanerochaeteChrysosporiumBurdsall)对大豆和稻草秸秆中木质素的降解条件及降解效果。结果显示:在各5.0g秸秆中,加入合成培养液12mL、菌悬液浓度8.6×106cfu/mL时,种子添加量为0.8mL、培养基pH4.5,降解10d,测得木质素降解率分别为大豆秸秆49.91%、稻草秸秆49.50%。利用SEM对发酵前后秸秆表观结构进行观察,得到黄孢原毛平革菌对大豆和稻草秸秆有明显的降解效果。经黄孢原毛平革菌降解10d的大豆和稻草秸秆表面空穴增多、增大,甚至相互连通,降解效果明显。     

黄孢原毛平革菌对大豆秸秆木质素降解的FTIR表征

研究黄孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium Burdsall)对大豆秸秆中木质纤维素的降解条件。结果显示：5g秸秆粉中添加合成培养液12mL、接种量为0.8mL(孢子悬液浓度8.6×106CFU/mL)、培养基初始pH4.5,发酵10d后,木质素降解率为45.96%。并采用傅里叶红外光谱分析(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR) 检测降解后秸秆中官能团的变化,发现与木质素相关的谱峰(1099cm-1、1057～1038cm-1)相对强度减小,与苯环相关的谱峰(1643～1608cm-1、1510～1508cm-1)相对强度增加,表明部分大分子木质素裂解成小分子木质素或木质素单体,对比其他谱峰相对强度的变化,发现木质素中苯环等环状化合物含量减少。     

考氏科萨克氏菌产阿魏酸酯酶条件优化、酶学性质及其初步应用

以考氏科萨克氏菌（Kosakonia cowanii）为试验菌株,对其产酶条件、酶活性质以及初步应用进行研究。结果表明,最佳产酶条件为装液量90 mL/250 mL、培养基初始pH值为5.5、接种量4%、温度34 ℃。在此优化条件下,酶活为28.27 U/L,比优化前提高了20.92%。该酶最适反应温度、pH值分别为 50 ℃、5.6,在30～40 ℃及pH 5.0～6.8范围内稳定性良好。将该菌株应用到麸皮、大曲和糟醅中,麸皮中发酵至第7天时阿魏酸含量比最初提高了22.42%,糟醅中阿魏酸含量呈先增后减趋势,大曲中阿魏酸含量呈递增趋势,表明添加菌株有利于释放麸皮、糟醅和大曲中的阿魏酸。     

Microscale analysis of in vitro anaerobic degradation of lignocellulosic wastes by rumen microorganisms

Anaerobic degradation of lignin in waste straw by ruminal microbes was directly observed using atomic force microscope (AFM). A series of high-resolution AFM images of the straw surface in the biodegradation show that the wax flakelets and lignin granules covering the straw surface were removed by the rumen microorganisms. Such degradation resulted in an exposure of cellulose fibers located inside the straw. The appearance of holes and microfibers in fermentation reveals that tunneling might be one of the ways for rumen microorganisms to attack the straw. Increases in the atomic ratio of oxygen to carbon (O/C) and the ratio C2/C3 in C1s spectra of X-ray photoelectron spectroscopy confirm that more cellulose was exposed on the surface after the anaerobic fermentation of straw. Gas chromatography/mass spectrometry analytical results demonstrate the decomposition of lignin by rumen microorganisms. Fourier transform infrared spectroscopy spectra and the measurement of degradation efficiency of the main straw components further verify these microscaled observations.     

乳酸菌发酵对龙眼果浆中糖和酚类物质的影响

本文研究了乳酸菌发酵对龙眼果浆糖类、酚类和黄酮类物质以及单体酚的影响。结果表明,龙眼果浆经乳酸菌发酵后,总糖和还原糖含量分别下降了48.59%和38.42%(p0.05)。龙眼果浆的总酚和总黄酮含量在发酵过程中均呈先下降后上升趋势,发酵后总酚含量为47.8 mg GAE/100 g,与未发酵前相比无显著性差异(p0.05),而发酵后总黄酮含量为13.7 mg CE/100 g,较未发酵前提高28.0%,差异显著(p0.05)。乳酸菌发酵显著增加了龙眼果浆中没食子酸、阿魏酸和槲皮素的游离态含量,其结合态含量显著下降,同时,原儿茶酸和芦丁的含量显著增加且只以游离态形式存在,结合态香草酸的含量显著降低。以上结果表明乳酸菌发酵可以显著降低龙眼果浆中的总糖和还原糖含量,提高其总黄酮含量,同时还提高了没食子酸、阿魏酸、槲皮素、原儿茶酸和芦丁等游离态单体酚的含量。该研究可以为龙眼果浆乳酸菌产品的研发提供指导。     

秸秆纤维素降解菌的分离筛选、复合菌系构建及产酶条件优化

该研究采用刚果红染色法和滤纸条崩解法从山西老陈醋源中分离筛选纤维素降解菌,通过形态观察及分子生物学技术对其进行菌种鉴定。以滤纸酶活性为筛选指标构建复合菌系,采用单因素试验及响应面试验对其产酶发酵条件进行优化,并评价其对不同秸秆的降解效果。结果表明,筛选出3株纤维素降解菌,编号为J1、J2和J3,分别被鉴定为灿烂类芽胞杆菌（Paenibacillus lautus）、千叶类芽胞杆菌（Paenibacillus chibensis）和窖泥类芽胞杆菌（Paenibacillus vini）。3株菌等比例复配得到最佳复合菌系D,其最优产酶发酵条件为初始pH 7.4,接种量9%,发酵温度40℃。在此优化条件下,滤纸酶活性达到35.10 U/m L,是优化前的1.6倍。复合菌系D对不同秸秆均具有较好的降解效果,且对小麦秸秆的降解率最高,达27.63%。     

Degradation rate and chemical composition of different types of alkali-treated straws during rumen digestion

The degradation in the rumen and change in chemical composition of untreated and four samples of alkali-treated barley straw were studied in farm-scale treatments with ammonia, ‘dry’ sodium hydroxide and two different aqueous sodium hydroxide systems. The alkali treatments increased the fraction soluble in organic solvents and decreased the lignin content (determined as Klason lignin). The amounts of cellulose and arabinoxylans were not significantly changed. The degree of rumen degradability increased with the order of alkaline treatment given above. The degradation rates of dry matter and the NDF fraction were parallel to each other but varied considerably with the treatments. The two most efficient aqueous alkaline treatments showed a degradation rate four times that of untreated straw. For these two samples the arabinoxylans were solubilised faster than cellulose during the first part of the incubation. In the other samples the degradation of arabinoxylans and cellulose ran almost parallel. During the rumen incubation the lignin content of the straw residues increased for all samples. There was an inverse relationship between the content of p-coumaric and ferulic acids on the degree of digestibility. A relationship between acetyl groups and digestibility was not found.     

山楂苹果复合果醋的发酵工艺研究

研究以山楂和苹果为原料酿造果醋.通过单因素和正交试验,确定了山楂苹果复合果醋的最佳工艺参数.实验结果表明:山楂苹果复合果醋酒精发酵的最佳工艺参数为:初始糖度为20％、初始pH值为4.0、酵母接种量为0.01％、发酵温度为24℃;山楂苹果复合果醋醋酸发酵的最佳工艺参数为:初始酒精度为8％、初始pH值为5.0、醋酸菌接种量为8％、发酵时间为7d.