丁酸甲烷发酵优势菌群的选育及其丁酸降解特性

选育以产氢产乙酸菌为优势的复合菌群,对于开发基于强化产氢产乙酸菌群功能作用的高效厌氧生物处理技术具有重要意义。研究表明,以厌氧折流板反应器中的厌氧活性污泥为出发菌群,通过丁酸盐培养基的定向培育,可选育到以降解丁酸的产氢产乙酸菌和产甲烷菌为优势的复合菌群。该菌群在初始pH 7.0、初始丁酸浓度9 319 mg/L和35℃等条件下,经过27 d的培养,其丁酸降解率达到95%,平均降解速率为39.2 mg/d,累积产气量为290 mL,丁酸的比产气速率达到3.95 mL/g,发酵气中的CH_4含量为61%,CO_2含量为22%。     

秸秆微生物降解及发酵生产乙醇的研究

目的 研究提高微生物降解秸秆的产糖率及利用秸秆降解物发酵生产乙醇的产率.方法 利用单一微生物纯培养和多种微生物混合培养降解秸秆产生可发酵糖,并对秸秆降解物采用非等温同时糖化发酵法(nonisothermal simultaneous saccharification and fermentation,NSSF)和同步糖化发酵法(simultaneous saccharification and fermentation,SSF)进行发酵生产乙醇.结果 采用黑由霉和康宁木霉混合培养降解秸秆时的纤维素酶活力显著高于其他5种降解形式,CMC糖化力(CM-CA)可达到3676U,滤纸糖化力(FPA)可达到680U;采用NSSF法发酵的乙醇产率显著高于采用SSF法发酵的乙醇产率,其最高可达到0.14 g/gDS.结论 采用黑曲霉和康宁木霉混合培养降解秸秆,并采用NSSF法进行发酵生产乙醇,与直接用酶降解秸秆发酵生产乙醇的产率相当,但是成本低于采用商品化的酶.     

灵芝固态发酵产漆酶及对秸秆木质素的降解

为探索木质素的生物降解新途径,采用平板显色法从三株白腐真菌中筛选出一株灵芝属漆酶高产菌,以农作物秸秆等为培养基进行固态发酵,该菌主要产漆酶和少量木质素过氧化物酶.在优化条件下,该菌发酵18d,漆酶活力最高达2056U/g干曲.该菌以玉米秸秆、油菜秸秆及稻草作为唯一营养源固态发酵30d,对玉米秸秆的木质素降解率最大,达到23.7%,油菜秸秆也达到了16.2%.     

白腐菌对小麦秸秆腐熟的增效作用

采用室内堆肥试验,考察白腐菌对小麦秸秆的腐熟作用.结果表明：添加白腐菌的各处理均明显好于对照处理.与自然发酵的CK1相比,腐熟时间由30天,缩短为14天.与加了腐熟剂的CK2比较,发酵时间提前2-4天.腐熟剂处理木质素降解率为21.1％,添加白腐菌的T3处理降解率可达64.5％,较单独腐熟剂的对照处理降解率高43.5％.且综合考察秸秆腐熟效果,初步确定白腐菌添加量为10ml/750g.     

预处理温度对玉米秸秆暗发酵制氢性能的影响

为了比较不同预处理温度对玉米秸秆暗发酵制氢性能的影响,在不同温度（40、80、120、160 ℃和200 ℃）下,采用1% H₂SO₄和2% NaOH两种试剂分别对玉米秸秆进行预处理,再进行中温暗发酵实验,接种物来源于以猪粪为原料的厌氧消化后的沼液。结果表明：最佳的预处理条件为80 ℃下,采用1% H₂SO₄对玉米秸秆预处理60 min,其单位总固体（TS）产氢量达到27 mL/g,比未预处理玉米秸秆提高了56.27%,且最大产氢速率最高可达到15.42 mL/h,比未预处理玉米秸秆的最大产氢速率提高了83.57%。玉米秸秆产氢最适宜的pH值范围为5.0~5.5,不同预处理温度会对产酸量和产酸的组分造成影响,发酵类型均为丁酸型发酵。因此,预处理温度是影响暗发酵制氢性能的一个重要因素。     

一种纤维素降解复合菌剂在羊粪堆肥中的应用效果评价

为进一步提高堆肥物料中纤维素的降解效率,缩短堆肥时间,研究将前期复配的纤维素降解复合菌剂M(M)接种羊粪和秸秆混合物,并开展好氧堆肥发酵试验,分析菌剂M羊粪堆肥发酵的效果.结果表明,添加菌剂M发酵后,与空白对照组(CK)相比,堆体的升温(50℃)时间缩短了1 d,高温阶段延长了2 d,腐熟周期缩短了4 d.堆肥结束(25 d)时,添加菌剂M处理组的碳氮比(12.77)显著低于CK组(16.44)(p0.05),而且种子发芽指数(98.20%)、全氮(23.37 g·kg~(-1))、P2O5(13.13 g·kg~(-1))、K2O(51.12 g·kg~(-1))、纤维素降解率(28.33%)和半纤维素降解率(38.32%)均显著高于CK处理组(p0.05),总养分(8.76%)达到国家有机肥料标准(≥5%).酶活测定表明,堆肥过程中,添加菌剂M处理组的滤纸酶(FPase)、羧甲基纤维素酶(CMCase)和β-葡萄糖苷酶(β-Gase)均显著高于CK处理组的(p0.05).其中,在发酵高温阶段(4～8 d)时的酶活最高,分别为57.80、10.41 U·mL~(-1)和75.77 U·mL~(-1).将菌剂M与市售促腐菌剂R(菌剂R)混合的菌剂MR堆肥,各项指标均优于菌剂M和菌剂R单一处理组的.除纤维素降解率外,菌剂M和菌剂R处理组的其它各项指标之间无显著差异(p0.05).试验利用复合菌剂M进行羊粪堆肥发酵可以明显降低堆体物料的纤维素和半纤维素,提高堆肥营养,缩短堆肥时间,发酵后的有机肥可用于农业生产.     

同型产乙酸菌株CA3及其发酵葡萄糖产乙酸条件优化

 同型产乙酸菌纯培养物的获得,可为研究其在厌氧生物处理系统中的生理生态功能以及生产化工溶剂乙酸提供种质资源。以CO₂为碳源,采用改良Hungate厌氧技术,从厌氧活性污泥中分离得到一株同型产乙酸菌CA3。该菌株为严格厌氧,卵形,G⁺,可利用H₂/CO₂产乙酸,也能发酵葡萄糖、果糖等产生乙酸。16SrRNA基因序列比对及系统发育树构建结果表明,CA3隶属Blautia sp.。菌株CA3能在20~45℃的温度范围内生长,最适生长温度为35℃,最适初始pH值为8.0。在最适条件下,菌株CA3利用H₂/CO₂产乙酸速率可达8.92mg/(L·h);以酵母粉作为氮源发酵葡萄糖时,发酵体系的乙酸浓度可达1370mg/L。     

酸碱预处理对稻草秸秆发酵产氢的影响

随着环保要求的日益严格和化石能源的日益短缺,氢能作为清洁高效的可再生能源受到人们的普遍重视。厌氧发酵生物制氢是利用生物技术分解有机废弃物制备氢气,该工艺设备简单、操作容易、成本低廉等优点。以稻草秸秆为发酵底料,以厌氧活性污泥为接种物,研究酸碱预处理对秸秆发酵产氢的影响。结果表明,H2SO4预处理为最佳的预处理方式;稻草秸秆经1%的H2SO4预处理后发酵气中氢气的最大含量、最高比产氢速率和最高氢气产率分别为47.68%、4.67mL/(h.g)和59.21 mL/g;经1%的NaOH预处理后发酵气中氢气的最大含量、最高比产氢速率和最高氢气产率分别为41.92%、3.24 mL/(h.g)和42.02 mL/g;发酵液相中主要产物为乙醇、乙酸和丁酸。     

一种基于多底物混合共代谢定向产酸发酵研究

以牛粪、水稻秸秆、糖蜜废水的三种底物混合共代谢发酵作为CSTR的产酸相,联合IC产甲烷相进行两相厌氧发酵,其中研究的重点是提高产酸相的产酸量.通过pH值、ORP值、VFAs、TOC、TN、可溶性COD质量浓度的测定以及红外光谱(FTIR)观察水稻秸秆的降解情况.通过PCR-DGGE来观察产酸相优势种群的变化,来调节最适共代谢发酵底物,以进入产甲烷相来提高产甲烷量.结果表明,厌氧CSTR反应器发酵前30 d,反应器内pH值、ORP值均呈下降趋势,此后,反应器内pH值比较稳定,在6.2~6.5之间上下浮动,ORP值在-250~-400 m V之间浮动.反应器运行30 d,TOC、TN含量大量增加,可溶COD质量浓度上升.反应60 d时,仍能满足C/N比为27∶1,此时TOC、TN、可溶COD质量浓度含量趋于稳定,进入共代谢产酸发酵的稳定期.乙酸、丙酸、丁酸、戊酸的含量均随着时间的变化先增加后下降.随着反应进行60 d,丙酸迅速下降,没有出现酸积累现象,反应器内以乙酸为主.通过FTIR观察,发现水稻秸秆得到有效的降解.本文利用PCR-DGGE技术解析产酸相,以Clostridium bifermentans、Firmicutes bacterium、Pseudomonas aeruginosa为优势菌群.     

玉米秸秆的生物降解效果研究

分析不同菌种对玉米秸秆的降解效果,生产出易于消化和吸收的高蛋白饲料.选育白腐真菌、黑曲霉、绿色木霉等分别进行糖化与发酵,最佳发酵条件为温度35℃,时间60h.研究结果表明,白腐真菌+黑曲霉+绿色木霉的组合菌发酵效果优于单菌种发酵.     

稻壳和稻草的热重-质谱分析及其反应动力学

采用热重-质谱(TG-MS)联用对比研究了氮气气氛中稻壳和稻草在升温速率分别为5,20℃/min时的热解行为,分析得到了稻壳和稻草热裂解过程产生的小分子气相产物(CO,CO_2,CH_4,H_2)随温度和升温速率变化的释放规律.结果表明:稻壳和稻草的热解过程可分为脱水干燥预热解阶段、挥发分析出快速热解阶段和残余物裂解炭化阶段;稻草热解总失重率约为75%,稻壳约为55%,而且稻草的热解特性指数高于稻壳;稻草热解释放生物质燃气主要成分(CO,CH_4,H_2)的离子流强度明显高于稻壳;用Coats-Redfern法计算生物质的热解动力学参数,表观活化能和挥发分初始析出温度均是稻草稻壳,这与实验结果吻合,表明相同条件下稻草的热解性能优于稻壳.     

稻秸/木材密度纤维板的复合工艺及其性能

分析了稻秸木材复合工艺配比及防水剂的添加量(0.8%、1.2%、1.6%、2.0%)对稻秸木材复合中密度纤维板性能的影响。结果表明:采用稻秸与木材原料分别进行纤维分离,再混合后施胶的复合工艺,当草木配比为1∶1,防水剂加量为1.2%,脲醛树脂胶粘剂的施胶量为12%时,生产出的稻秸/木材中密度纤维板,除吸水厚度膨胀率外,各项性能均能达到中密度纤维板标准要求。     

利用养殖垫料、蘑菇渣土制备育苗基质的研究

为利用养殖垫料、蘑菇渣土替代泥炭基质栽培蔬菜，试验了不同比例的养殖垫料、蘑菇渣土与沙土混合制成的育苗基质对蕹菜生长的影响。结果表明，采用蘑菇渣土：沙土（V／V）=1：9、养殖垫料：沙土（v／v）=1：3的基质配方，蕹菜长势较好，在壮苗指数、整株鲜重等接近于泥炭基质对照组。     

稻草浸泡液的抑藻效果与抑藻活性组分的初步分析

通过XAD树脂固相萃取和GC-MS解析,研究了不同降解方式和降解时间的稻草浸泡液中的控藻活性组分与抑藻效果的关系。结果表明,稻草本身存在抑藻活性物质,低温浸泡4天的无菌稻草液在2.5g/L投加量下,对微囊藻的抑制作用达到了69.3%。好氧和厌氧降解稻草浸泡液均可抑藻效果,如厌氧和好氧浸泡15天的稻草液在1.5g/L浓度下对微囊藻的抑制作用分别为83％和81％。通过GC-MS检测,稻草浸泡液的活性物质组分主要有萘胺类、酯类和酚类,其中最为典型的酯类物质为邻苯二甲酸二丁酯以及其衍生物。随着稻草降解时间的延长,浸泡液中存在的有机物组分的种类与含量均有所减少,尤其好氧降解处理方式更为显著。稻草浸泡液抑藻物质和抑藻效果有明显的对应关系。     

有机物料对抑制菜心吸收镉的效果研究

通过盆栽试验比较了在不同镉污染程度的土壤条件下种植菜心,施用泥炭、木屑、有机肥和稻草秸杆等有机物料后,对抑制菜心吸收镉的效果。结果表明,在四种抑制物料中秸秆对抑制菜心吸收镉的效果最好,能显著降低植株茎叶中镉的质量分数,减少镉从根迁移到茎叶。     

Biorefinery of bacterial cellulose from rice straw: enhanced enzymatic saccharification by ionic liquid pretreatment

The pretreatment of rice straw is often used to enhance the hydrolysis. 1-allyl-3-methylimidazolium chloride([AMIM]Cl) is a kind of low viscous,nontoxic and recyclable ionic liquid. It was used to treat rice straw and improve the enzymatic hydrolysis of rice straw in this study. The factors influencing the pretreatment were as follows:the dosage of rice straw in [AMIM]Cl,crush mesh of rice straw,pretreatment temperature and time. After the pretreatment with a 3 %(the weight ratio of rice straw to ionic liquid) rice straw dosage in [AMIM]Cl at 110 ℃ for 1 h,the yield of reducing sugar of regenerated rice straw by 33 U/mL cellulase hydrolysis was 53.3 %,which was two times higher than that of un-treated rice straw(23.7 %) . More researches regarding straw biorefinery to bacterial cellulose are being performed in the lab and prospective results will be published in near future.     

脂肪酶催化合成异维生素C棕榈酸酯及其动力学

对来自于Candida sp.99-125的脂肪酶在有机溶剂中催化合成异维生素C棕榈酸酯反应进行了研究。结果表明，初始反应速率v₀与棕榈酸和异维生素C摩尔浓度的比值有关。v₀随着c_pal/c_iso的增大先是增大，至c_pal/c_iso值接近15时v₀基本不变。另外，考察了溶剂、温度、转速、酶量、初始水含量对酶促反应的影响。研究表明该反应的反应机理很好的符合乒乓反应模型，确定了最反应速率vm和米氏常数k′_m，由双倒数曲线可以得到，v_m=5.86μmol/(min·g)，k′_m=0.092mmol/L。     

MnO2/碳球复合材料的制备及其电化学性能的研究

利用碳球为还原剂,在中性KMnO₄溶液中制备出MnO₂/碳球复合材料,并对其结构和电化学性能进行了研究。结果显示,随着碳球含量的增加,MnO₂/碳球复合材料的循环稳定性提高,但比电容量降低;当碳球质量分数为35%时,MnO₂/碳球复合材料的比电容量在50mA/g的电流密度下达到181F/g。分别采用KOH活化和混酸氧化的碳球为还原剂,可以有效地提高MnO₂/碳球复合材料的比电容量和循环稳定性,相应复合材料的比电容量分别达到192F/g和218F/g,而且经过500次的充放电测试,仍然保持为184F/g和192F/g。     

微流体反应器制备金纳米粒子的研究

利用全聚合物微流体反应器,在紫外光照射下制备了金纳米粒子。采用紫外-可见吸收光谱、激光粒度分析仪、高分辨透射电镜等对柠檬酸钠-氯金酸微流体光化学反应体系进行了表征,并考察了注射泵的流速、柠檬酸钠与氯金酸的浓度比、紫外辐射强度对金纳米粒子产率和粒径大小的影响。结果表明,得到的金纳米粒子最小粒径约20nm;金纳米粒子的产率随注射泵流速的增大而上升,但是随柠檬酸钠与氯金酸浓度比的增大和紫外辐射强度的增强而减弱;金纳米粒子的粒径随注射泵流速的增大和紫外辐射强度的增强而减小,但是在柠檬酸钠与氯金酸浓度比小于16时,粒径变化不大,当柠檬酸钠与氯金酸浓度比大于16时,粒径迅速增大。