基于高含油废水降解的产脂肪酶菌株的 筛选及发酵工艺优化

为了筛选高产脂肪酶菌株并探究其对高含油废水的降解能力,采用传统的微生物筛选法从餐厨废水中分离筛选菌株,考察菌株对高含油废水（油脂含量20 g/L）的油脂降解率和产脂肪酶酶活,并对产脂肪酶酶活较高的菌株进行鉴定。采用单因素实验和响应面实验对鉴定菌株发酵产脂肪酶的工艺条件进行优化。结果表明：从餐厨废水中筛选出3株细菌、2株酵母菌,其中2株细菌可在高含油废水中快速生长代谢,油脂降解率和产脂肪酶酶活均较高,经鉴定1株为解淀粉芽孢杆菌（Bi）,1株为鲁氏不动杆菌（Bu）;Bi产脂肪酶最优发酵工艺条件为pH 6.69、氯化钠含量301 g/L、蛋白胨含量6.01 g/L;Bu产脂肪酶最优发酵工艺条件为pH 5.07、氯化钠含量6.10 g/L、蛋白胨含量9.38 g/L;在最优发酵工艺条件下,Bi和Bu产脂肪酶酶活分别为（222.83±0.91）U/mL和（231.50±2.28）U/mL,优化后的Bu产脂肪酶酶活甚至高于初始脂肪酶酶活更高的Bi。综上,2株细菌具有高含油废水降解能力,具备广阔的应用前景。     

餐厨废水处理脂肪酶产生菌的鉴定及油脂降解特性研究

对一株产脂肪酶优良菌株SX1-5进行了16SrDNA分子鉴定,初步研究了该菌脂肪酶对不同油脂的降解特性。结果表明:通过16SrDNA测序并构建系统发育树,菌株SX1-5与铜绿假单胞菌序列相似性均达99.9%(1438/1439);脂肪酶对甘油三酯及不饱和脂肪酸酯的水解活性较高;玉米油、橄榄油和大豆油处理24h降解率分别达92.3%、90.6%和90.5%,餐厨废水降解试验中,30℃处理96h,油脂降解率达到65.6%,CODcr去除率达70.2%。     

餐厨垃圾水解液培养酿酒酵母发酵产油脂的影响因素

为提高餐厨垃圾水解液发酵产油脂量,探究其发酵生产特征和影响因素,以Saccharomyces cerevisiae As2.516为供试菌株,以初始餐厨垃圾水解液加入量90%(V/V)、搅拌速率180 r/min、通气量2.5 L/min、发酵周期10 d为基础发酵条件进行1 L发酵罐发酵。实验结果表明发酵过程受初始p H值、温度、接种生物量、还原糖含量及无机盐、金属离子浓度影响。其中最适宜初始培养条件为:p H值6、温度30℃、接种量10%,该条件下生物量、油脂产量及产物转化率最大。以实验最适宜培养条件为基础发酵条件时,S.cerevisiae发酵第7d油脂产量最高,为4.26 g/L,生物量12.95 g/L,油脂产率32.9%。经气相色谱分析发酵所得脂肪酸主要由C16及C18脂肪酸组成,其中不饱和脂肪酸占72.09%。餐厨垃圾水解液中无机盐离子含量丰富,外加钾、镁、锰等金属离子抑制菌体生长并影响油脂合成,除微量Cu SO4·5H2O(1×10-4 g/L)外,无需添加其它无机盐。S.cerevisiae利用餐厨垃圾水解底物具有谱宽和抗逆性。     

脂肪酶强化水解餐厨油脂促进厌氧消化

采用批次实验研究了脂肪酶预处理对餐厨油脂水解及其对厌氧消化性能的影响。首先考察了酶用量、水油比、pH和温度等因素对餐厨油脂水解的影响,进而通过响应面分析确定了其最佳预处理条件;最后基于预处理条件下的餐厨废水(含油脂)的厌氧消化实验,分析了预处理对餐厨废水厌氧消化的重要影响。结果表明:餐厨油脂的最佳预处理条件为:酶用量质量分数1.15%、水油质量比0.9、pH 8.0、温度42.5℃,水解率预测值为86.6%,重复实验水解率为(88.1±2.2)%,与预测值较为接近,表明该响应面模型能够很好地预测上述4个反应条件对水解的影响。对实际餐厨废水进行脂肪酶预处理和厌氧消化研究发现,加酶组的累积甲烷产量为572.12mL/g·COD,较餐厨废水组(368.86 mL/g·COD)和含油废水组(499.47 mL/g·COD)分别提高了55.10%和14.56%,表明餐厨废水中的脂肪具有较大的产甲烷潜力,脂肪酶预处理能显著提高油脂的产甲烷效率。对不同预处理条件下厌氧反应过程的pH、挥发性脂肪酸(VFAs)及脱氢酶活性进行了对比分析,发现酶促预处理对系统pH的影响较小;其对VFAs及脱氢酶活性的影响主要体现在厌氧消化前期,表现为对VFA及脱氢酶活性的显著提高,说明预水解能够保证产甲烷过程的底物供给并提高产甲烷效率。     

餐厨垃圾好氧降解工艺的优化试验研究

本文以某大学餐厅提供的餐厨垃圾为处理对象，以餐厨垃圾的降解率、餐厨垃圾中淀粉、蛋白质、以及脂肪的降解率为考察指标，通过正交试验，对影响餐厨垃圾好氧降解过程的4个主要因素——降解温度、接种量、降解时间、初始含水量进行了优化试验研究。结果表明：4个主要因素的显著性从大到小顺序为：降解时间、接种量、降解温度、初始含水量。最优工艺参数组合为：降解温度50℃、接种量10％、降解时间21d、初始含水量50％，此条件下餐厨垃圾总的最大降解率为50．26％。     

油脂降解及其对餐厨废水厌氧发酵性能影响

采用批次试验研究餐厨油脂厌氧发酵性能及其对餐厨废水发酵产气的影响。结果表明:在高温条件下,餐厨油脂的产气过程与Modified Gompertz方程拟合较好,其产气潜力在894 mL/g左右。油脂降解初期出现产气延滞,且浓度越高延滞期越长。油脂质量浓度为10.0 g/L时,油脂降解产气效果最佳。通过单位油脂的产气量确定油脂的半抑制浓度为11.6 g/L。餐厨油脂与餐厨废水混合发酵时,不仅使产气量增加了131%,甲烷平均体积分数从58.93%增加到64.06%,提高了8.7%。     

复合除油微生物菌剂的油脂去除特性

为扩大油脂降解的菌种库资源，提高餐厨垃圾中油脂的生物转化效率，作者以所在实验室自行保藏的4株微生物菌株为油脂降解菌，通过等比例复配获得研究用复合除油微生物菌剂，研究了影响菌剂除油效果的因素及组成菌株产脂肪酶的能力。结果表明，复合除油微生物菌剂在温度为25~55 ℃、pH为4~9、盐质量浓度为5~90 g/L、油脂体积分数1%~5%、接种体积分数1%~9%时，均具有一定的除油能力，除油率最高可达84.75%。单一菌株实验结果表明，菌株B501所产脂肪酶的酶活最高，而菌株009所产脂肪酶处于高酶活的持续时间较长，因此除油能力也最强。此外，复合菌剂的除油效果优于单一菌株。     

耐高温餐厨垃圾分解细菌的筛选、鉴定及应用

将餐厨垃圾中的微生物采用营养琼脂培养基(LA)在温度55℃,相对湿度50%RH的条件下培养,根据菌落形态进行筛选分离。经过筛选得到细菌20株,测定其对淀粉、蛋白质、油脂和纤维素的分解效果,并根据分解效果选出最优菌株X13。对其进行形态学、生理生化以及分子生物学的鉴定并测定生长曲线,最终判定菌株X13为地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)。再使用X13菌株制成菌制剂处理餐厨垃圾,在小型餐厨垃圾处理器中运行48h后,测定餐厨垃圾降解率达到72.82%。X13菌株制成的菌制剂能够有效提高餐厨垃圾的降解效率,缩短处理时间,所以该地衣芽孢杆菌可以用于餐厨垃圾处理工业。     

利用餐厨垃圾和废水生产油脂研究

以餐厨垃圾和废水为原料,利用油脂酵母和藻类联合培养生产油脂,结果表明油脂酵母Y1油脂产量可达16.9 g/L,餐厨垃圾和废水混合液中的COD、N和P分别为1500、37.8和3.2mg/L,此联合培养技术可用于生产油脂并去除餐厨垃圾和废水中的N、P和COD。     

餐厨垃圾水解液分批培养酿酒酵母产油脂动力学模型的建立

为提高餐厨垃圾水解液发酵产油脂量,探究其发酵生产规律,以Saccharomyces cerevisiae As2.516为供试菌株,以初始餐厨垃圾水解液加入量90%(V/V)、接种量10%(V/V)、初始pH值6、培养温度30℃、搅拌速率180 r/min、通气量2.5 L/min、发酵周期10 d为基础发酵条件进行1 L发酵罐批式发酵。实验结果表明:S.cerevisiae As2.516发酵过程中菌体生物量的积累呈一条S型曲线,油脂的生产表达与菌体的生长有紧密关联性。基于Logistic方程、Luedeking-Piret方程和物料平衡计算分别构建了该菌株的菌体生长、油脂产物生成、底物还原糖消耗3个分批发酵动力学模型,其中菌体生长动力学模型为:1.0241(1)13.05??dx x xdt、底物还原糖消耗动力学模型为:??0.4787?0.0348?0.1055ds dx dp xdt dt dt、油脂产物生成动力学模型为:?0.2979?0.00406dp dx xdt dt,所构建动力学模型的计算值与实验值拟合效果良好,其相关系数R2分别为0.9979、0.9957和0.9565,模型能揭示餐厨垃圾水解液培养菌体产油脂发酵过程中菌体生长、油脂合成以及底物还原糖消耗的基本特征。     

添加餐厨废油脂培养酵母进行γ-癸内酯生物转化

为了降低工业化生产γ-癸内酯(γ-decalactone,GDL)的成本,利用餐厨废弃油脂代替部分培养基成分培养解脂耶氏酵母(Yarrowia lipolytica),当添加餐厨废弃油脂6 g/L,葡萄糖由20 g/L降为12. 5 g/L,酵母提取物由10 g/L降为5 g/L时,培养12 h后获得与完全培养基相当的生物量。在Y. lipolytica中过表达酰基辅酶A氧化酶基因pox2获得工程菌,将蓖麻油酸转化为GDL产量达1. 5 g/L,是出发菌株的2. 2倍。利用分解油脂活性高的Y. lipolytica菌株(解脂假丝酵母Candida lipolytica CICC31223)与工程菌混菌降解餐厨废弃油脂并转化蓖麻油生产GDL,最佳条件为:当C. lipolytica与Y. lipolytica工程菌的接种比例为1∶10(体积比)、接种方式为先接种C. lipolytica,28℃,振荡培养(200 r/min) 12 h后再接种Y. lipolytica,混菌发酵培养基中GDL产量达0. 15 g/L,显著高于工程菌单菌发酵产量0. 08 g/L。结果表明,餐厨废弃油脂是廉价的碳源,通过不同菌株的混菌发酵转化生产GDL的方法具有很大的工业化应用前景。     

利用啤酒生产废水培养斯达油脂酵母产油脂发酵条件的优化

为探索啤酒生产废水的资源化利用,采用单因素和正交试验设计对斯达油脂酵母(Lipomyces starkeyi1809)利用啤酒生产废水产油脂和化学需氧量(COD)降解率的发酵条件进行优化,并采用8 L的发酵罐进行放大试验和发酵动力学分析,采用气相色谱法分析菌体油脂脂肪酸的组成。试验结果表明:最佳发酵条件为接种量3%、装液量130 mL、温度26℃、转速160 r/min、发酵时间144 h。在此条件下,菌体生物量、油脂产量、油脂含量、COD降解率和油脂不饱和脂肪酸指数(IUFA)分别达到13.83 g/L、5.25 g/L、37.92%、79.08%和65.46%,较优化前分别提高了12.62%,19.32%,5.92%,57.15%和2.36%,优化效果显著。发酵罐放大试验培养到120 h时,菌体生物量、油脂产量、油脂含量和COD降解率均达到最大值,分别为13.34 g/L、4.82 g/L、36.13%和85.09%,菌体生物量、油脂产量和油脂含量与正交试验的最优水平组合条件下所得结果相似,其中COD降解率提高了7.59%,且发酵周期缩短了1 d。发酵动力学分析表明:COD降解与菌体生长同步,属于与生长相关型,而油脂积累则属于与生长部分相关型。     

餐厨垃圾油制备油脂类固体燃料块的技术研究

利用餐厨垃圾油为原料,采用硬脂酸与固体石蜡组成的混合固定剂,通过催化酯化法,将餐厨垃圾油制备成燃烧性能良好的油脂类固体燃料块。通过条件优化,最终获得燃料块的最佳制备条件为:混合固定剂、餐厨垃圾油、与乙醇的最佳反应比为0.16∶1∶5;催化剂NaOH的最佳加入量为7.5 g,反应温度45℃,反应时间50 min。在最优条件下,利用食堂的餐厨垃圾油成功制备出性能良好的固体燃料块,产量最高可达103.6 g,燃烧残留率为6.5%,平均燃烧时间为94.0 s/g,均优于市场上常见的酒精块。     

快速降解高含油废水菌种的性能研究

以食用油作为惟一碳源的无机盐培养基，在对快速降解高含油废水的菌株假单胞杆菌WZFF．G-350进行各种生长条件优化实验的基础上，进一步测试了该菌种的活菌数、脂肪酶活、浊度、残油量、COD等性能。实验结果表明，在初始油脂含量为2％、COD为40000mg／L左右的高含油废水中，该菌株生长旺盛，繁殖力强，可以高负荷下持续运转，产生大量的生物表面活性物质，促进油脂迅速形成均质乳化状态，同时合成分泌高活性脂肪酶，快速降解油脂，COD和油的去除率均在97％以上。     

餐厨垃圾制备生物蛋白饲料的研究

以餐厨垃圾作为原料,利用混合菌种对其进行固态发酵,转化为菌体蛋白饲料,从而为餐厨垃圾资源化提供一条有益的途径。本试验以发酵时间、发酵温度、基质初始含水率、添加菌种量进行4因素3水平正交试验,最佳工艺条件为发酵时间2 d,发酵温度30℃,基质初始含水率70%,添加菌种量0.031 25%。按最佳条件发酵餐厨垃圾,最终所得产物粗蛋白质质量分数为28.74%,蛋白质含量已达到蛋白饲料标准的要求。     

高效降解高盐高油餐厨垃圾微生物的筛选与应用

好氧处理法是一种有效的餐厨垃圾处理方法。借助摇瓶恒温振荡培养模拟生化处理的降解过程，从实验室所保存的高产酶菌株库中，筛选出在20 h可高效降解餐厨垃圾90%以上固型物的6株菌(BLE、BI1、BI2、LZM-B、B10-5和WL-BA-1),其中BLE和BI2两菌株可在20 h高效降解>90%的含有5.0%盐和6.0%油的餐厨垃圾；再者，经稳定性试验验证，菌株BLE和BI2连续12批次仍可对餐厨垃圾稳定降解，二者降解率均高于90%。经过分子生物学鉴定，确定BLE与BI2菌株均为Bacillus amyloliquefaciens。最后，对BLE和BI2菌株不同时间产生的水解酶进行分析，发现2株菌在发酵24 h内产酶均达到峰值，这是它们快速高效降解餐厨垃圾的重要原因。该研究可为餐厨垃圾快速减量化提供技术支持。     

餐厨垃圾中乳酸菌的筛选及其发酵条件的优化

从餐厨垃圾中分离出3种菌,通过形态观察、生理生化鉴定和乳酸定性试验筛选出一株具有溶钙圈的乳酸菌,命名为R,分离纯化并保存。根据发酵液吸光度的测定值绘出该乳酸菌的生长曲线,选择对数期的菌用于餐厨垃圾的乳酸发酵。采用单因素和正交试验对发酵条件进行优化。最后确定最佳发酵条件为:固液比1/9、接种量10%、pH值6.0、温度43℃和发酵时间60h。最终得出加入R1乳酸菌比不加R1乳酸菌的空白对照的乳酸浓度高15.5%。     

1株耐高温酸性脂肪酶产生菌的筛选鉴定与其酶学特性研究

以菜籽油为唯一碳源,经过富集、驯化、平板分离初筛和复筛,从长期淤积油污的食堂下水道中筛选获得1株脂肪酶产生菌CQNU 3-3。利用16S r DNA序列系统发育分析,结合形态学与生理生化特征确定CQNU 3-3为代尔夫特菌,并将其命名为Delftia tsuruhatensis strain CQNU 3-3。研究发酵条件对菌株产酶的影响发现,该菌株在初始pH为2的酸性条件下,发酵酶活力最高;发酵第1天酶活力即可达到最大,发酵温度为32~37℃较为适宜。对其产生脂肪酶的酶学特性进行分析,表明该酶最适反应pH为7.0,最适反应温度为50℃,Cu~(2+)、尿素、Mg~(2+)和Na+对酶活力有显著的抑制作用,而Zn~(2+)和EDTA可以显著提高酶活力。油脂降解率实验表明该菌株对样品中油脂的降解率可高达73.54%。     

餐厨垃圾厌氧干发酵制氢及其强化研究

餐厨垃圾的产生量越来越大,对其进行处理非常重要。该文研究了不同含固率条件下餐厨垃圾厌氧干发酵制氢的情况,研究表明干发酵的最佳含固率为22%;餐厨垃圾中碳水化合物优先被降解,各组的降解率为51.17%～69.24%,其中含固率22%组碳水化合物降解率最高;当含固率>27%时,反应体系对蛋白质和溶解性化学需氧量(soluble chemical oxygen demand, SCOD)的降解能力下降,出现溶解性蛋白质和SCOD累积现象;各组的挥发性脂肪酸主要成分为乙酸和丁酸,为丁酸型发酵;向反应体系内添加活性炭能够提高干发酵产氢率,其中活性炭添加量为0.20%(质量分数)时产氢量最高,达到26.94 mL/g总固体(total solids, TS)。     

新型餐厨垃圾处理设备的研究

在分析总结国内生活垃圾特性及处理方法的基础上,基于机械设计自动化原理和微生物发酵原理研发一台新型餐厨垃圾处理设备,设备采用搅拌、固液分离、发酵等工艺;以单片机作为核心控制单元,控制系统包括重力控制、温湿度控制和定时控制;通过样机测试,显示温度控制系统可准确控制滚筒内的温度在设定范围;新型餐厨垃圾处理设备在搭配合理的菌种情况下,温度在50℃~60℃时,设备降解效果最佳。通过菌种降解处理后,餐厨垃圾最终变为水、二氧化碳和有机物,减少餐厨垃圾对控制环境污染,对工业降解垃圾具有实际的参考价值。