Biogas production from grape pomace: Thermodynamic model of the process and dynamic model of the power generation system

In year 2010, the Province of San Juan – Argentina (South America) produced around 81 947 tons of grape pomace, which is a winery waste by-product. Wineries demand a great quantity of power during the three months that winemaking time lasts, which involve a high installed electric power. This power is used mainly for refrigerating the must during the fermentation. The control of temperature is crucial in winemaking as the low temperature preserves subtle fruit characters. An alternative for reducing the requirement of power from the utility electric grid is producing it locally, using the residuals generated by the own wineries. The technology for bioenergy conversion proposed to be implemented in this research for electricity generation is the anaerobic digestion of grape pomace. The aim of this research is to develop the thermodynamic equilibrium analysis of grape pomace anaerobic digestion based on the equilibrium constants for predicting the potential production of biogas and its composition. In addition, a dynamic model of a biogas-fuelled microturbine system for distributed generation applications is derived.     

Folin-Ciocalteu 比色法测定苹果渣中的多酚

采用超临界CO2 萃取技术从苹果渣中提取多酚,以没食子酸为标准物质,系统研究了Folin-Ciocalteu(FC)比色法测定多酚的条件,建立了Folin-Ciocalteu 比色法测定苹果渣中多酚的方法。适宜的显色条件为FC 试剂用量0.3mL、饱和碳酸钠溶液用量1.5mL、反应时间20min、反应温度25～35℃。结果表明：在1～10μg/mL 范围内,没食子酸吸光度与其质量浓度呈良好的线性关系,r ＝ 0.9994;并进行了高、中、低3 个不同加标水平的加标回收率测定实验,相应的回收率分别为99.66%、98.79%、98.20%,平均值为98.82%,RSD 为1.93%。该法测定样品快速、准确,重复性好,可应用于实际样品的测定。     

柑橘皮渣降解菌的筛选及特性

为有效处理柑橘皮渣,筛选高效降解柑橘皮渣的菌株。本实验从堆肥中分离得到5 株菌株,测定其香精油耐受性,选取两株耐受性较好的菌株测定纤维素酶和果胶酶活力,并进行柑橘皮渣降解实验。结果表明,菌株L207和L702在65 ℃条件下可正常生长,属于耐高温菌株;对柑橘香精油具有较好的耐受能力,其最大耐受体积分数为25.0%;2 株菌株的纤维素酶活力和果胶酶活力分别是对照菌株（Bacillus subtilis L520）的1.31、2.08 倍和12.68、7.30 倍。柑橘皮渣降解实验表明,菌株能快速高效分解纤维素和果胶。16S rDNA基因序列分析鉴定表明菌株L207和L702均属于地衣芽孢杆菌（Bacillus licheniformis）。     

自然发酵苹果渣中的微生物区系分析

以自然发酵的苹果渣为对象,采用选择平板分离技术,对其不同层次的微生物区系组成进行分析。通过形态学观察、生理生化测定,结合ITS区、26S rRNA和16S rRNA基因序列分析等多相分类法对分离获得的微生物进行鉴定,研究苹果渣不同温度层中的微生物区系组成。结果表明：自然发酵苹果渣中主要微生物组成为酵母菌和乳酸菌,从28、37、45、50 ℃这4 个温度层中分离得到10 株菌,4 个温度层的优势菌分别鉴定为黑曲霉、乳酸链球菌、马克斯克鲁维酵母和东方伊萨酵母。     

杨梅渣红色素酸水提取和精制工艺

以新鲜杨梅渣为原料,利用正交试验法确定酸水提取杨梅渣红色素最佳工艺条件为料液比1:12(g/mL)、提取温度60℃、提提时间4h、pH1.5盐酸。采用离子交换树脂法对色素进行精制,在供试的5种树脂中D002的精制效果最好;通过静态吸附、解吸实验以及动态吸附实验,确定D002离子交换树脂精制杨梅渣红色素的工艺条件为杨梅渣红色素吸光度0.5～1、色素pH2～3、25℃左右、吸附时间1.5h、上样流速3BV/h。     

顶空固相微萃取- 气相色谱- 质谱法测定苹果渣发酵蒸馏酒的香气成分

以顶空固相微萃取-气相色谱-质谱法测定苹果渣发酵蒸馏酒和酒精浸泡苹果渣蒸馏酒中的香气成分。经过鉴定分析,在苹果渣发酵蒸馏酒中,共测得57种挥发性香气成分,其中酯类物质30种、羧酸类物质5种、醇类物质6种、酮类物质1种、烃类物质14种、其他香气物质1种,相对含量分别占总挥发性香气物质的50.604%、6.322%、22.207%、0.254%、20.542%、0.013%;在酒精浸泡苹果渣蒸馏酒中,共测得37种挥发性香气成分,其中酯类物质22种、羧酸类物质3种、醇类物质2种、烃类物质9种、其他香气物质1种,相对含量分别占总挥发性香气物质的64.272%、2.538%、14.885%、17.437%、0.911%。通过比较分析,苹果渣发酵蒸馏酒中香气成分的种类显著多于酒精浸泡苹果渣蒸馏酒,香气成分分布更加均匀,口感更加醇厚自然,层次感更强。发酵结束后,酒体在保留苹果渣中营养成分的同时,也具有苹果的独特香气。研究说明苹果渣用于生产发酵蒸馏酒是更加利于其综合利用的一种途径。     

微生物发酵法制取葡萄皮渣膳食纤维的工艺优化

以酿酒葡萄皮渣为原料,采用保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌混合菌为发酵菌种,以发酵温度、发酵时间、接种量及料液比对水溶性膳食纤维(SDF)得率的影响为考察指标,通过单因素试验和均匀试验优化微生物发酵法制取葡萄皮渣膳食纤维的工艺。结果显示：发酵法制取葡萄皮渣膳食纤维的最佳工艺条件为：发酵温度40℃、发酵时间21h、接种量1%、料液比1:10,在此条件下得到SDF产率为(17.25±0.23)%,所制葡萄皮渣膳食纤维素的膨胀力、持水力和持油力分别为3.38mL/g、4.32g/g和1.87g/g,与原料相比膳食纤维的纯度和理化性质均得到一定提高。微生物发酵法制备膳食纤维的同时能有效提高其品质指标,是一种较好的高品质膳食纤维制备方法。     

真空耦合超声波提取苹果渣多酚的工艺优化

在单因素试验基础上,采用响应面优化法建立基于真空耦合超声波提取苹果渣中多酚类物质的工艺条件优化,并通过高效液相色谱检测多酚组成且对抗氧化活性进行分析。结果表明,最佳提取工艺条件为乙醇溶液体积分数50%、提取温度50℃、真空度0.08 MPa、超声功率420 W、提取时间13 min、料液比1∶30(g/mL),在此条件下,苹果渣中多酚提取得率为6.46 mg/g。与超声波提取法相比,该方法可以明显缩短提取时间,获得多酚中表儿茶素及芦丁含量较高,并且具有较强的抗氧化活性。     

高压均质和胶体磨改性对油橄榄果渣水不溶性膳食纤维性能的影响

采用高压均质和胶体磨改性处理油橄榄果渣水不溶性膳食纤维(IDF),比较改性前后IDF的微观形态、粒径分布、官能团组成及结晶结构,并测定分析其理化性质。结果表明:高压均质IDF的结构疏松,有较多的裂缝和空腔,平均粒径为66.97μm。胶体磨IDF的结构疏松,且部分出现断裂和破碎,平均粒径为79.52μm。高压均质和胶体磨改性处理均对IDF的官能团无影响,都具有糖类的特征吸收峰;对IDF的结晶结构和结晶度无影响,仍表现出纤维素I型的特征衍射峰。与未处理的IDF相比,高压均质IDF的持水力、膨胀力和持油力分别提高31.70%,78.87%,38.92%,对NO_2~-的吸附能力并无明显增加,对Cd~(2+)的吸附能力提高7.53%。胶体磨IDF的持水力、膨胀力和持油力分别提高19.93%,47.94%,32.97%,对NO_2~-的吸附能力增加8.20%,对Cd~(2+)的吸附能力并无明显增加。