玉米秸秆厌氧发酵过程中的氮源优化

文章以玉米秸秆为厌氧发酵的原料,以尿素和硝酸铵为外加氮源(两者的添加浓度分别为0,1,2,4 g/L)进行批次发酵试验。试验结果表明,尿素添加浓度为1 g/L的试验组的甲烷产率最高,甲烷产率(以单位TS计)为217.50 mL/g。在25 L反应器中进行连续进料的玉米秸秆厌氧发酵试验,以添加1 g/L的尿素和不加尿素的试验组作为对照,试验结果表明:添加尿素的试验组的甲烷产率显著高于不加尿素的试验组,且产气高峰相对提前;适合玉米秸秆厌氧发酵的最适C/N值为22~24;添加尿素能够显著提高纤维素和半纤维素的降解率,但对木质素降解率的提高不明显。     

两株高效代谢木质纤维素稀酸水解物产乙醇的酵母特性及耐毒研究

对实验室筛选出的两株高效代谢木质纤维素稀酸水解液产乙醇的酵母菌Y1(Candida tropicalis)和Y4(Issatchenkiaorientalis)的乙醇发酵特性及耐毒能力进行研究。以未经任何脱毒处理的木质纤维素稀酸水解液为发酵底物进行乙醇发酵(原位脱毒乙醇发酵)。结果表明:Y1和Y4均能在24h内将水解液中所有的葡萄糖消耗完,乙醇产率分别为0.49g/g和0.45g/g,分别达到理论值的96.1%和86.0%。在含有不同浓度梯度的糠醛及5-羟甲基糠醛的模拟水解液中,Y1和Y4能耐受的最高糠醛浓度均为5.0g/L及最高的5-羟甲基糠醛浓度均大于7.0g/L,当两种抑制剂等量混合时,两株菌能耐受的最高浓度为4.0g/L,两株菌均有较好的乙醇发酵及耐毒能力。该研究结果为木质纤维素水解液的原位脱毒发酵生产然料乙醇奠定了基础。     

两株高效代谢木质纤维素稀酸水解物产乙醇的酵母特性及耐毒研究

对实验室筛选出的两株高效代谢木质纤维素稀酸水解液产乙醇的酵母菌Y1(Candida tropicalis)和Y4(Issatchenkiaorientalis)的乙醇发酵特性及耐毒能力进行了的研究。以未经任何脱毒处理的木质纤维素稀酸水解液为发酵底物进行乙醇发酵(原位脱毒乙醇发酵)。结果表明,Y1和Y4均能在24h内将水解液中所有的葡萄糖消耗完,乙醇产率分别为0.49g/g和0.45g/g,分别达到了理论值的96.1%和86.0%。在含有不同浓度梯度的糠醛及5-羟甲基糠醛的模拟水解液中,Y1和Y4能耐受的最高糠醛浓度均为5.0g/L,最高的5-羟甲基糠醛浓度均大于7.0g/L,当两种抑制剂等量混合时,两株菌能耐受的最高浓度为4.0g/L。两株菌均有较好的乙醇发酵及耐毒能力。该研究结果为木质纤维素水解液的原位脱毒发酵生产然料乙醇奠定了基础。     

改进的柳枝稷预处理方法及乙醇发酵研究

为了提高柳枝稷中纤维素和半纤维素糖的转化率,降低水解液中抑制剂的浓度,首先,用稀酸在温和条件下对柳枝稷进行水解,然后用碱对酸水解后的固体物进行预处理,接着用纤维素酶酶解并分别对稀酸水解液和酶解液进行乙醇发酵.结果表明:纤维素转化率达到94.26%,半纤维素转化率为60.93%,稀酸水解液乙醇发酵的乙醇产率为0.441g乙醇/g糖,达到最高理论值的86.47%.酶解液乙醇发酵的乙醇产率为0.486g乙醇/g葡萄糖,达到最高理论值的95.29%.     

进料配比对牛粪和玉米秸秆半连续厌氧发酵的影响

为了提高牛粪和玉米秸秆混合厌氧发酵时的产气性能,采用全混合式反应器对总固体混合比(Total Solid Mixing Ratios,TSMR)不同的原料进行半连续厌氧发酵,并研究各发酵系统的产气性能、稳定性和物质转化能力。研究结果表明:系统稳定运行后,当牛粪和玉米秸秆的TSMR为1∶3时,发酵系统的产气性能最佳,甲烷产量为3.94 L/d,分别比纯牛粪和纯玉米秸秆发酵提高了23.67%和20.44%,且该混合比下的木质纤维素降解率最高,可达56.55%;TSMR不同的发酵系统均能稳定运行,且稳定运行期间的总碱度为5 000～8 000 mg/L,总挥发性脂肪酸的浓度小于100 mg/L,pH值为7.0～7.4,氨氮浓度未达抑制值并随着混合原料中玉米秸秆占比的增大而减小。     

木质纤维素稀酸水解液乙醇发酵的新方法

为了降低木质纤维素水解液发酵抑制剂对乙醇发酵的负影响,采用混合菌种对木质纤维素稀酸水解液乙醇发酵方式进行了研究。对批式发酵、补料批式发酵和间隔补料批式发酵3种发酵方式进行了比较。实验结果表明,间隔补料批式发酵可以有效地减弱水解液中抑制因子对菌种的影响,乙醇产量明显高于其他两种发酵方式,利用酿酒酵母(Saccaromyces cerevisiae 2.535)和嗜鞣管囊酵母(Pachysolen tannophilis ATCC 32728)混合发酵,乙醇产量最终达到14.4g/L,乙醇产率(Yp/s)为0.47g/g,相当于最大理论产率的92.2%。利用酿酒酵母和重组大肠杆菌混合菌种发酵,乙醇产量达到了14.5g/L。对木质纤维素稀酸水解液采用间隔补料批式乙醇发酵方法,可进一步减少抑制剂对乙醇发酵的影响,使发酵顺利进行。     

玉米秸秆酶解糖化液乙醇发酵的工艺优化

利用从4组混合乙醇酵母中筛选出的优势混合酵母,对玉米秸秆酶解糖化液的乙醇发酵工艺过程进行了优化试验。试验结果表明,管囊酵母和酿酒酵母组成的混合酵母具有较高的乙醇发酵能力,经60 h发酵,乙醇浓度最高可达12.55 g/L,乙醇产率为最大理论值的68.63%。根据对糖化液乙醇发酵的二次回归正交组合优化试验,当发酵温度为28.0℃,初始pH为5.2,接种量为8.1%时,实际乙醇浓度最高可达13.03g/L,乙醇产率为0.36 g/g,为最大理论值的70.59%,与所得乙醇发酵回归方程预测值基本相符。     

汽爆玉米秸秆乙醇发酵残留物产甲烷特性研究

为阐明木质纤维素原料乙醇发酵残留物产甲烷的能力,以汽爆玉米秸秆为原料进行高底物浓度同步糖化发酵(SSF)产乙醇,并将乙醇发酵残留物、发酵残留物上清及固体部分分别进行产甲烷潜力实验。研究结果表明,汽爆玉米秸秆同步糖化发酵底物浓度达到30%(w/w),乙醇浓度为48.9g/L。发酵残留物产甲烷潜力为46mL CH_4/g底物,上清部分产甲烷潜力为12mL CH_4/g底物,固体部分产甲烷潜力达到286mL CH_4/g底物,从而证明高底物浓度汽爆玉米秸秆乙醇发酵残留物具有较好的产甲烷潜力。     

黑曲霉AS0006预处理玉米秸秆产沼气研究

为了提高玉米秸秆与牛粪混合发酵的产气效率,文章对黑曲霉AS0006预处理后的玉米秸秆进行了研究,考察了不同预处理时间的玉米秸秆在混合厌氧发酵过程中的日产气量、累积产气量、TS和VS去除率以及木质纤维素去除率等发酵特性的变化情况。研究结果表明:黑曲霉AS0006对木质纤维素有较强的降解能力,玉米秸秆经黑曲霉AS0006预处理28 d后,纤维素、半纤维素和木质素的降解率分别为26.86%,11.93%和25.09%;经过黑曲霉AS0006预处理的玉米秸秆与牛粪混合发酵可以提高日产气量并缩短厌氧发酵周期,其中,预处理21 d后的玉米秸秆的产气高峰最大,为523.4 mL/d;经过黑曲霉AS0006预处理的玉米秸秆与牛粪混合发酵后, TS和VS去除率以及木质纤维素去除率均比未经预处理的玉米秸秆高。     

TS对青贮玉米秸秆与牛粪混合消化产气特性影响

为优化筛选青贮玉米秸秆与牛粪混合消化时的总固体浓度(TS),在37℃中温条件下,系统研究TS分别为10%、12%和14%时的产沼气性能、发酵液性质以及秸秆消化前后的理化特征。结果表明:青贮玉米秸秆与牛粪在TS为12%时的混合发酵产气效果优于10%和14%时,该条件下秸秆中纤维素和半纤维素的降解率分别为17.05%和45.13%。秸秆发酵前后的微观形貌和纤维素结晶度分析发现,秸秆的木质纤维结构变化明显,纤维素结晶度减小,且TS为12%时秸秆消化降解最严重,结晶指数最小。总之,适宜青贮玉米秸秆与牛粪混合发酵的TS值为12%,且消化过程中半纤维素最易于分解,但木质素几乎不被降解。     

尿素预处理对玉米秸秆厌氧发酵产沼气特性影响及动力学分析

针对玉米秸秆厌氧发酵产沼气过程中难降解问题,选用尿素对玉米秸秆进行预处理,并进行批次厌氧发酵产沼气试验研究。结果表明:经过45 d厌氧发酵,累积产气量最高为757.83 mL/g VS,最低为588.64 mL/g VS,厌氧发酵进行到25 d时达到45 d累积产气量的85%。分析联合预处理对累积沼气产气量影响得出,尿素质量浓度、预处理时间和玉米秸秆粒径3个因素对累积沼气产气量的影响程度是:玉米秸秆粒径>尿素质量浓度>预处理时间。通过2种动力学模型分析产气规律,对比模型的检验参数,得出Cone模型拟合预处理玉米秸秆厌氧发酵产气规律的适合度较高。     

木质纤维素两步稀酸低温水解研究

为了降低水解液中抑制剂的浓度,对木质纤维素采用两步稀酸低温水解,通过对两步稀酸水解中重要参数(温度,反应时间,硫酸浓度)的研究,得到第一步水解的最佳条件为:温度135℃,反应时间2h,硫酸1.5%;第二步水解最佳条件为:温度135℃,反应时间2h,硫酸3.0%。以秸秆为原料得到的糖浓度可达5%。采用嗜鞣管囊酵母对水解软木所得水解液进行乙醇发酵实验,24h乙醇产率为0.41g/g,达到最大理论产率的80.4%。乙醇发酵实验证明,两步稀酸低温水解物对乙醇发酵没有抑制作用。     

乳酸预浸渍对小麦秸秆蒸汽爆破预处理效果的影响

相比未乳酸预浸,小麦秸秆经1.0%乳酸预浸后在较低的汽爆温度下就能有效提高纤维素的酶水解性。绝大部分半纤维素在汽爆预处理过程中转化为单糖,且不会产生更多的发酵抑制物。试验结果表明,小麦秸秆经乳酸预浸后汽爆预处理的最佳温度为190℃,其酶水解可获得最高的葡萄糖产量,为29.4 g/100 g原料;同步糖化发酵结束后的乙醇浓度达到25.3 g/L,产率为15.6 g/100 g原料,相比未乳酸预浸小麦秸秆,均有一定程度提高。     

玉米秸秆与猪粪混合发酵产沼气及其细菌解析

以总固体1∶1的玉米秸秆和猪粪为混合原料,采用10 L厌氧反应器进行批式全混中温沼气发酵,并利用454焦磷酸测序法测定混合发酵过程中细菌群落变化。结果表明:预处理玉米秸秆和猪粪混合沼气发酵启动迅速,在第4天达到产气高峰,容积产气率为1.17 L/(L·d),46 d原料沼气产率为356.55 m L/g VS。该混合发酵系统中共有23~27门细菌,其中优势菌群为拟杆菌门(Bacteroidetes)、厚壁菌门(Firmicutes)和变形菌门(Proteobacteria)。发酵期内的Shannon指数在4.88~5.53之间,说明发酵期内细菌多样性比较稳定。     

木质纤维类农林加工废弃物厌氧发酵产甲烷潜力研究

为评估木质纤维类农林加工废弃物直接作为沼气发酵原料的可行性,采用批次试验,选取其中产量大、分布广的甘蔗渣、棉籽壳、花生壳和木屑4种原料,在中温(37℃)条件下进行厌氧发酵产甲烷潜力(BMP)试验。结果表明:甘蔗渣、棉籽壳、花生壳及木屑4种农林加工废弃物的VS累积甲烷产量(m L/g)分别为205.67,180.30,35.09及4.52,产气高峰期主要集中在厌氧发酵的前26 d;供试原料的产甲烷潜力与其半纤维素、纤维素含量均呈极显著正相关(P<0.01),与木质素含量呈显著负相关(P<0.05)。木质素的存在显著降低了木质纤维类农林加工废弃物的产甲烷潜力。甘蔗渣、棉籽壳具有较高的产甲烷潜力,可直接作为沼气发酵原料;而花生壳、木屑则需进行有效的预处理才可应用到沼气发酵中。     

接种量对青贮玉米秸秆与牛粪混合消化产气性能影响

为进一步优化青贮秸秆的厌氧发酵条件,在37℃中温、总固体浓度为10%条件下,研究不同沼液接种量(20%、25%和30%)对青贮玉米秸秆与牛粪混合厌氧消化产沼气性能的影响,详细考察产气特性参数、发酵液中挥发性脂肪酸(VFAs)、化学需氧量(COD)和氨态氮(NH_4~+-N)等含量以及秸秆消化前后的化学组成和结构变化。厌氧消化结果表明,接种量为30%时的产气效果优于其余接种量(20%和25%),该组秸秆的纤维素和半纤维素降解率最高,分别为27.31%和49.77%,但木质素几乎未被分解。扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)结构特性表明,消化前后秸秆的木质纤维结构变化明显,纤维素结晶度减小,且接种量为30%时秸秆的木质纤维结构破坏最严重,结晶指数最小,故确定接种量为30%时青贮秸秆产气效果最佳。     

两相厌氧消化纤维素乙醇发酵残留物及微生物菌群结构分析

为了探究木质纤维素原料乙醇发酵残留物的产甲烷能力,以汽爆预处理狼尾草高底物乙醇发酵全残留物为底物进行两相厌氧消化产甲烷,同时分析其甲烷相微生物菌群结构。结果表明:酸化反应器中主要产物是丁酸和乙酸,纤维素转化率和VS去除率分别为89.0%和85.3%。酸化产物在甲烷相反应器中被有效降解,获得的平均甲烷浓度和平均甲烷产率分别为69.09%和298.5 L/kg COD。Geobacter是产甲烷反应器中的主要细菌,乙酸型产甲烷菌在原始接种物中占优势。然而,随着有机负荷的提升,氢营养型产甲烷菌的富集优势逐渐明显,有利于挥发酸进一步降解产甲烷从而提高厌氧消化性能。     

木质纤维素稀酸水解液游离细胞乙醇发酵

为了对木质纤维素稀酸水解液进行游离细胞乙醇发酵,采用了混合菌种与不同发酵方式对稀酸水解液的乙醇发酵进行了研究。通过对1#菌和2#菌以及1#菌和3#菌两组混合菌种的驯化,得到了能耐受一定浓度的发酵抑制因子并产生较高乙醇产量的菌株。用1#菌和2#菌混合菌种以及1#菌和3#菌混合菌种进行批式发酵,72h内乙醇产率分别为0.49g/g和0.45g/g,达到了理论产率的96.1%和88.5%。对补料批式发酵进行的初步研究也取得了比较好的结果。     

硝化细菌脱氨氮预处理对鸡粪和玉米秸秆混合厌氧发酵的影响

在发酵温度为40℃,发酵底物TS含量分别为12%,16%和20%的条件下,将经过硝化细菌脱氨氮预处理的鸡粪以及未经预处理的鸡粪分别与玉米秸秆进行混合厌氧发酵,并研究发酵过程中沼气日产量、沼气累计产量、氨氮浓度、TS和VS降解率等参数的变化规律。研究结果表明:在发酵过程的前15 d,当发酵底物的TS含量分别为12%,16%,20%时,经过预处理的试验组的沼气日产量平均值分别为593.1,550.9,355.1 mL/d,未经预处理的试验组的沼气日产量平均值分别为420.8,379.2,433.4 mL/d;与未经预处理的试验组相比,经过预处理的试验组的累积沼气产量更高;在整个发酵过程中,各试验组的氨氮浓度均呈现出逐渐上升的变化趋势;脱氨氮预处理能够提高发酵前物料的挥发性脂肪酸浓度;当发酵底物的TS含量分别为12%,16%和20%时,相比于未经预处理的试验组,经过预处理的试验组的TS降解率分别提高了1.9%,7.9%和17.4%,VS降解率分别提高了2.2%,3.3%和28.4%,纤维素降解率分别提高了1.1%,4.6%和26.0%,半纤维素降解率分别提高了0.1%,1.3%和25.5%。     

未脱毒汽爆玉米秸秆高底物浓度的同步糖化和乙醇发酵

为取消蒸汽爆破预处理玉米秸秆水洗脱毒步骤和提高乙醇发酵的乙醇浓度,利用专利菌株酿酒酵母Y5,对蒸汽爆破预处理玉米秸秆不经脱毒处理,直接进行同步糖化和发酵(SSF)。蒸汽爆破玉米秸秆的浓度30%,同步糖化和发酵的时间96 h,100 m L、3000 m L反应器和5L发酵罐的乙醇浓度分别达到50.0、47.8、47.5 g/L。研究结果表明,菌株Y5在纤维素乙醇生产中对简化生产工艺、降低设备投资、减少水消耗、降低生产成本具有重要的应用前景。