低温发酵（精选5篇）
低温发酵 篇1
沼气是生物质经过多种微生物联合厌氧消化作用而生成的可燃气体。厌氧消化就是在无氧的条件下,由兼性厌氧菌和专性厌氧菌联合降解有机物,最终生成二氧化碳和甲烷等气体的过程[1]。影响沼气发酵的因素很多,其中包括原料成分、接种物种类、温度和pH等[2]。而在我国北方,冬季漫长寒冷,温度成为影响沼气发酵的一个重要因素,农村户用沼气的使用和推广也受到严重制约,所以增强寒区沼气发酵系统中的发酵菌群在低温条件下的生理活性,提高寒区沼气利用技术及方法,成为目前亟待解决的问题[3,4]。
该文对在黑龙江省不同生境收集到的菌群资源进行富集,通过生物强化发酵,筛选出低温高效产甲烷菌群;另外,采用技术组装,通过投入外源性添加剂对沼气发酵效果的影响[5]进行研究,来提高寒区沼气发酵菌群的活性,增加产沼气率,以期为解决寒区沼气在冬季生产应用上提供借鉴。
1 材料与方法
1.1 材料
收集菌种56份,分别来自于黑龙江省各典型生境。以黑龙江省农业科学院畜牧研究所养殖场奶牛牛粪作为发酵底物进行培养。产沼气促进剂为北京合百意生态能源公司生产,主要为对沼气发酵主要功能菌生长繁殖、酶的合成与激活所需的微量营养和活性因子。
采用自行设计的厌氧消化反应器,主要由发酵装置与集气装置组成,用等压排水法每日检测产气量。甲烷含量由美国安捷仑科技有限公司生产的GC-7890A气相色谱仪进行测定,通过外标法分析气体中各组分含量。气化温度100℃,柱温为50℃,检测器温度为250℃,以高纯氮气和氢气作为载气。
1.2 方法
1.2.1 低温菌群富集对沼气发酵效果的影响试验
将100 mL培养基注入500 mL血清瓶中,充氮脱氧后灭菌;加入25%甲酸钠、50%甲醇各3 mL,2.5 mol·L-1乙酸钠4 mL;把采集的菌种打碎,用无菌注射器取出,接种到血清瓶中,按与培养基l∶4的体积比进行接种;在8～15℃进行培养。每代产气高峰结束20 d后,富集下一代,富集转移时取25 mL培养液接种到培养基中,在同等条件下继续培养。每个处理组设3次重复。
1.2.2 沼气促进剂对沼气发酵效果影响试验
向500 mL血清瓶中按8%TS配置发酵料液,接种量为20%,并向其中一组加入促进剂(按75 g·m-3进行投放),所接菌种为富集五代后筛选出的高效低温产甲烷菌群,在8～15℃进行培养。试验采用单因素随机试验,试验分两组处理,每组设3次重复:A为加入沼气促进剂组,B为空白试验组。
2 结果与分析
2.1 低温菌群富集对沼气发酵效果的影响
低温产甲烷菌群富集了6代,从各代之间产气量的变化(见图1)可知,由于第一代接种物为原始菌种,有效菌群数量较少,对新的接种条件适应性较差,预处理时间较长,从而启动时间较长,培养10 d后才有微弱的气体产生,这也导致了整个反应周期的产气总量相对较少,启动时其甲烷含量也较低, 只有5%左右。其余各代,接种3 d后均有气体产生,随着富集代数的增加,产气量逐渐增多,5 d后便可收集到大量气体,通过检测,甲烷含量均在30%左右,各代产气高峰期多在发酵第15～30天,随后产气量逐渐开始下降,能够持续产气30 d左右,并趋于稳定。
可见,产甲烷菌群的富集,随着富集代数的增加,其启动时间越短,产气量、甲烷含量以及有效菌群的数量也逐渐增加。其中,与各代间相比,第六代平均日产气量相对最高,且发酵第9天便出现产气高峰,且持续时间最长。各代间日产气量的曲线变化规律大致相同,但不同富集代数之间的日产气量存在一定差别。
另外,沼气发酵的适宜pH为6.8～7.4,对低温产甲烷菌群pH的日常检测分析,各代间pH的变化规律基本相同,各代的pH会随着发酵时间延长而逐渐增大,最后稳定在6.5～7.5,各代的pH在整个富集培养过程中,均保持在正常产气所允许的范围内,并无明显波动,反应体系正常,未出现酸化现象。
低温产甲烷菌群的富集,第六代的总产气量最大,累计产气367.7 mL,第五代到第二代累积产气量依次为338.3、252.5、196.7和163.2 mL,第一代最少只有100.0 mL(见图2);并且随着富集代数的增加,甲烷含量也随之增加,第一代平均甲烷含量只有45%左右,其余各代依次为50%、52%、60%和65%,到了第6代甲烷含量已经达到68%(见图3)。
通过对各代间的总产气量进行方差分析可知,第五代和第六代与其他四代均达到极显著水平(见表1)。总体来看,低温产甲烷菌群富集随着代数的增加,菌群数量、产气量及其甲烷含量均相对增加。说明在提高单位面积甲烷产率时,有效地对产甲烷菌群进行不断加富,可提高菌群数量及活性,从而达到提高低温产沼气的效率。
2.2 沼气促进剂对沼气发酵效果的影响
低温沼气促进剂的施用效果试验中,发酵系统共运行60 d,并对日常指标进行监测。随着发酵时间和产气量的不断增加,A、B两个试验组,pH不断增大,最后稳定在6.5～7.5;甲烷含量达到65%;试验的启动时间、产气高峰期及其日产气量曲线变化规律均大致相同(见图4),且符合低温菌群富集试验中第五代的特点。B组的累计产气量为298.0 mL, 而A组的日产气量均高于B组,且累计产气量达到了428.0 mL,比B组累计产气量增加了130.0 mL,增加产气率达到44%。
另外,通过与低温菌群富集试验结果的比较,B组的累计产气率与第五代产气量相比虽稍有波动,但已达到第五代的产气特点及效果。而A组与各代产气效果比较,累计产气量甚至超过第六代60.3 mL,增加产气率达到16.4%。
所以,沼气促进剂的投放,可能会在某种程度上改善沼气发酵体系中甲烷菌群的生活环境,促进产甲烷菌群的活性,从而增加产气效果,与常规发酵相比具有有利的一面。
3 结论与讨论
研究表明,菌群富集试验中,产甲烷菌在经历了第一代的缓慢繁殖后,随着富集代数的增加,产甲烷菌群数量及其活性逐渐增加,到第六代达到最高的水平。第一代累计产气量仅为100.0 mL,甲烷含量为45%左右;而第五代为338.3 mL,第六代则达到了367.7 mL,甲烷含量也增至65%。
说明以培养基中有机质为能量来源,可促进产甲烷菌等厌氧菌的繁殖,在这种特定条件下,有利于某些菌群的生长,从而淘汰其它不适应这种环境条件的产甲烷菌。同时在连续富集过程中,各种产甲烷菌生长速率不同,将逐步淘汰生长较慢的产甲烷菌,最终形成具有一定数量规模和活性的优势产甲烷菌群。
在提高单位面积甲烷产率时,有效地对产甲烷菌群进行不断加富,可提高菌群数量及活性,从而达到提高低温产沼气的效率。
将沼气促进剂投放到第五代筛选出的产甲烷菌群中,通过比较可以发现,累计产气量可达到428.0 mL,增加产气率达40%以上,甚至超过了第六代富集菌群的产气效果。
总体看来,随着代数的增加,菌群数量,产气量均相对增加;而沼气促进剂也能够增加甲烷发酵的效率,从而能提高产气量,是因为促进剂能够改变产甲烷微生物的优势菌种种群,同时还能够驯化使菌种活性达到最优。所以,通过产甲烷菌群的富集培养,投放沼气促进剂有利于增加沼气发酵的产气效果,而两项技术的组装更可以大幅提高低温产沼气的效率。
目前,北方寒区在沼气推广应用过程中确实遇到了一些由于低温带来的技术问题和障碍,面对这些难题,众多研究者考虑了很多解决方法。如,考虑将高效的厌氧消化装置与太阳能技术相结合,通过太阳能收集设备并利用适合的热传导介质,将能量传递给沼气发酵装置,以实现沼气的近中温发酵[6];还可在换料、加料时,向池内加入适量的温水,以提高池内温度,力求池内温度保持在5℃以上,促进新料腐烂产气;而在沼气促进剂的使用上,可以通过原料及其它条件,自制合理的促进剂组合及量的配比,更好地促进沼气发酵[7]。
沼气应用技术将有利于传统农业向生态农业的转变,以及对环境污染的降低具有重要意义。通过对提高低温沼气发酵效果上的不断研究与探索,在北方寒区,沼气生产及实际应用将会迎来更加广阔的前景。
参考文献
[1]公维佳,李文哲,刘建禹.厌氧消化中的产甲烷菌研究进展[J].东北农业大学学报,2006,37(6):838-841.
[2]岑承志,陈砺,严宗诚,等.沼气发酵技术发展及应用现状[J].广东化工,2009,36(6):78-80.
[3]裴占江,王大蔚,王粟,等.低温产甲烷菌群富集效果研究[J].可再生能源,2012,30(1):52-54.
[4]白莉,石岩,齐子姝.我国北方农村沼气冬季使用技术研究[J].中国沼气,2008,26(1):7-41.
[5]何荣玉,刘晓风,袁月祥,等.沼气发酵外源添加物的研究进展[J].中国沼气,2007,25(5):8-11.
[6]赵光,马放,魏利,等.北方低温沼气发酵技术研究及展望[J].哈尔滨工业大学学报,2011,43(6):29-33.
[7]杨鹏可,周静,胡梦,等.偏低温沼气发酵促进剂的初步研究[J].酿酒科技,2008(4):101-104.
低温发酵 篇2
以从渤海和黄海分离出的400株在低温条件下生长良好的菌株为出发菌株,利用常规筛选方法筛选出2株低温蛋白酶产生菌(Bacillus subtilis).经UV、DES、NTG、EMS、LiCl单独及复合诱变,选育出一株(BS041208)蛋白酶高产突变株.通过单因素实验,确定了BS041208菌株蛋白酶发酵培养基为:玉米淀粉糖0.7%,豆饼粉1.6%,K2HPO4 0.8%,KH2PO4 0.6%.该突变株低温蛋白酶产量为867.5 U/mg.
作 者：迟乃玉 张庆芳 窦少华 唐乾 袁玉莲 Chi Naiyu Zhang Qingfang Dou Shaohua Tang Qian Yuan Yulian 作者单位：迟乃玉,唐乾,Chi Naiyu,Tang Qian(大连大学生物工程学院,大连,116622;大连大学生物有机化学重点实验室,大连,116622)
张庆芳,窦少华,袁玉莲,Zhang Qingfang,Dou Shaohua,Yuan Yulian(大连大学生物工程学院,大连,116622)
低温发酵 篇3
1.1 试验材料
斐林氏液;0.25%葡萄糖;0.5%次甲基兰;浓盐酸;40%氢氧化钠;0.5%酚酞指示剂;65%淀粉含量玉米;10L发酵罐;丙酮丁醇梭菌。
1.2 试验仪器
离心机;培养箱;气象色谱。
2 试验方法
2.1 试验方案
通过常温发酵和低温发酵做对照, 从中发现低温发酵的特点和优势。
2.2 常温发酵和低温发酵工艺
常温发酵是发酵罐接种后温度一直保持在37℃, 直到发酵结束;低温发酵是发酵罐接种后温度保持37℃, 当p H值降到最低点时, 把发酵温度控制到30℃ (变温时间在24h—30h) , 直到发酵结束。
3 试验结果
4 结论
由表1可知, 低温发酵和常温发酵对于低浓度玉米的培养基来说, 低温发酵在合适的变温点变温后, 低温罐菌种的发酵能力与常温发酵罐菌种相比没有降低;由表2-表4可知, 培养基浓度升高后, 48h时, 低温发酵和常温发酵的发酵情况基本一样。但随着时间的延长, 低温罐的发酵结果会好一些, 说明低温罐菌种的衰老延缓了, 可以延长菌种的发酵时间, 能够适应更高浓度的培养基, 从而提高了溶剂含量。
参考文献
[1]陈陶声, 陆祖祺.发酵法丙酮和丁醇生产技术[J].化学工业出版社, 1991.
[2]王良东, 顾正彪.小麦B淀粉性质[J].无锡轻工大学学报, 2003, 22 (6) :5.
低温发酵 篇4
故此，本文立足于利用青霉SWD-28发酵生产低温纤维素酶，在单因素的基础上，采用Plackett-Burman设计和响应面设计，快速寻找主要因子，进而寻找最大响应区域，拟合数学模型方程，获得了较为满意的结果，为将来的工业化推广应用提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 菌株
青霉SWD-28(Penicillium sp.)由大连大学发酵工程实验室分离筛选获得。
1.1.2培养基
斜面培养基:马铃薯200g，葡萄糖20g，琼脂18g，蒸馏水1 000mL,p H值自然;
种子培养基:马铃薯200g，葡萄糖20g，蒸馏水1 000mL,p H值自然;
发酵培养基:玉米粉15g，麸皮10g，硫酸铵5g，磷酸二氢钾5g，蒸馏水1 000mL,p H值自然。
根据研究需要，培养基成分的个别变动将在文中指出。
1.2 方法
1.2.1 发酵方法
用接种环在培养斜面上挑取一环孢子接入种子培养基，20℃、150r/min摇床振荡培养20h，作为种子培养液，再将种子培养液转接至发酵培养基中，20℃、150r/min振荡培养。定时取样测定发酵液中的酶活力，每个实验做3个平行。
1.2.2 低温纤维素粗酶液的制备方法
将发酵液于4℃、6 000r/min下离心15min，上清液即为粗酶液。
1.2.3 酶活测定方法
滤纸酶(FPA)活力的测定[1]:取适度稀释后的酶液0.5mL加入2mL柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液(p H 4.8)，再加入一条0.5cm×5cm新华滤纸条，40℃水浴1h，然后加入与反应液等体积的DNS(2.5mL)终止反应，沸水浴5min，测OD520。酶活力定义为每分钟降解滤纸生成1μg还原糖所需要的酶量为一个酶活力单位。以上酶活力均扣除发酵液中还原糖含量。
2 结果与分析
2.1 不同碳源对产酶的影响
采用2%(W/V)的8种碳源(玉米秸秆粉、地瓜秧粉、稻草粉、玉米芯、韭菜秆、玉米粉、Avril，皆粉碎过40目筛)进行液体发酵，结果表明(图1):当用玉米粉作碳源进行发酵时，纤维素酶的活力最高;以Avril作为碳源时，纤维素酶的活力最低，这可能是由于无机碳源不如玉米粉和地瓜秧成分复杂，缺乏诱导纤维素酶生成的物质[9]。
2.2 碳源最适浓度的确定
以玉米粉为唯一碳源、采用5个不同碳源浓度梯度(0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%)进行液体发酵。结果表明(图2):当玉米粉的浓度为1.5%(W/V)时酶活力最高。
2.3 麸皮最适浓度的确定
由于纤维素酶为诱导酶，需加入诱导碳源麸皮。以不同浓度的麸皮(1%、2%、3%、4%，粉碎过40目筛)进行液体发酵。结果表明(图3):当麸皮浓度为3%(W/V)时酶活力最高。
2.4 氮源对产酶的影响
在发酵培养基中分别加入0.5%(W/V)的8种氮源(蛋白胨、硫酸铵、尿素、酵母膏、硝酸铵、氯化铵、硫酸铵+酵母膏、硫酸铵+蛋白胨)进行产酶发酵试验。结果表明(图4):当用硫酸铵作为氮源时，纤维素酶活力最高;以蛋白胨为氮源时，酶活力最低。这可能是因为铵盐最容易被微生物利用[9]。
2.5 氮源最适浓度的确定
以硫酸铵为唯一氮源，采用4个不同氮源浓度梯度(0.30%、0.45%、0.60%、0.75%)进行液体发酵。结果表明(图5):当硫酸铵的浓度为0.45%(W/V)时酶活力最高。
2.6 无机盐和表面活性剂对产酶的影响
在以上确定条件下，分别研究无机盐和表面活性剂浓度对酶活的影响，方法如上，在此不再赘述。得到最佳含量为磷酸二氢钾0.20%，氯化钠1.50%，硫酸镁0.06%，氯化钙0.03%，吐温-80 0.12%。在此基础上进行后续研究。
2.7 Plackett-Burman设计筛选重要影响因素
在单因素试验基础上，选取对培养基影响的8个因素(玉米粉、麸皮、硫酸镁、磷酸二氢钾、氯化钙、氯化钠、硫酸铵、吐温-80)，进行实验次数N=12次的Plackett-Burman试验，考察各因素的主效应和交互作用的一级作用，以确定重要影响因素，另外设3个虚拟变量用于估计误差。本设计以低温纤维素酶活力为评价指标，因素水平及编码见表1和表2，数据分析由Minitab软件完成。
由表2可以看出玉米粉、硫酸铵、麸皮可信度大于95%，对产酶有显著影响。
2.8 最陡爬坡试验研究最大响应值的响应区域
针对玉米粉、麸皮、硫酸铵三个因素的浓度进行最陡爬坡试验，将玉米粉的浓度按照步长逐步增大，硫酸铵和麸皮浓度逐步减少以寻找最大响应区域。试验设计和结果如表3所示，在2号实验中，当玉米粉2%，硫酸铵0.25%，麸皮1.6%时酶活达到最大值，此后浓度继续变化酶活不断降低。故以2号实验作为中心组合实验的中心点。
2.9 响应曲面(RSM)试验设计
2.9.1 中心组合试验没计
根据Box-Behnken的中心组合设计原理，由PlackettBurman设计确定的3个重要因素各取3个水平。设计3因素3水平共15个试验点的响应面分析。其中12个试验点为析因点，3个为零点，零点实验重复3次以估计试验误差。试验方案和结果见表4。
2.9.2 二次回归拟合与方差分析
运用Minitab软件对试验数据进行回归分析，得出回归方程:
进行显著性检验和方差分析，见表5和表6。
注:R2=98.00%;Adj R2=94.41%。
从表5和表6中的方差分析结果可以看出，该模型能很好地解释试验数据的变异性。因子的平方和交互因子对酶活的影响都极显著，单因子对酶活的影响显著，说明响应值的变化相当复杂，试验因子对响应值的影响不是简单的线性关系，三因素之间交互效应较大。回归方程的相关系数R2=98.00%，表明该模型拟和程度良好，试验设计可靠。从表6看出方程的失拟项为0.179>0.05，表明失拟不显著，模型稳定，能很好地进行预测。
2.9.3 响应面分析
根据响应面法分析数据绘出响应面及其等高线图，可以直观反应出玉米粉、硫酸铵和麸皮及其交互作用对酶活的影响(图6～图11)。在响应面图中圆形等高线表示参数之间交互作用不显著，反之，椭圆型或马鞍型等高线则表示参数之间交互性能较强。
由响应面立体分析图可以看出，玉米粉、硫酸铵、麸皮浓度与酶产量存在显著的相关性。由图6、7、10、11可以看出:玉米粉和硫酸铵相互作用最显著，当麸皮和硫酸铵浓度固定在一般水平时，玉米粉在1.5%～2.12%范围内，酶产量随着玉米粉浓度的增大而提高，当高于2.12%时，纤维素酶产量基本不变。当玉米粉和麸皮浓度固定在一般水平时，硫酸铵浓度由0.2%至0.24%时，酶产量则随之提高;当超过0.24%时，纤维素酶产量开始下降。其原因可能是微生物在营养丰富的条件下，生长较快导致纤维素酶产量减少。所以适当的碳氮比例有利于其纤维素酶的产生，过高过低都不利于纤维素酶的生产。
由图8、9可知，当保持硫酸铵和玉米粉浓度在一般水平时，麸皮浓度由1.2%至1.5%时，酶产量随之提高，当超过1.5%时，纤维素酶产量开始下降。这可能是因为纤维素酶作为一种是诱导酶，发酵过程中玉米粉作为生长碳源主要促进菌体的生长，而诱导碳源麸皮则主要诱导菌体产酶，过程中伴随着产酸，若p H过低会导致菌体失活或生长减缓，只有合适的生长碳源和诱导碳源比例才利于p H的控制。
2.9.4 最优条件的确定与验证
利用Minitab软件可以求得最大酶活对应的各因素参数值，预测最大酶活为110.4U/m L时所对应的玉米粉、硫酸铵、麸皮浓度的编码值分别为0.394、-0.212、-0.253，根据编码值与实际值关系，可得到最佳的浓度为玉米粉2.197%、硫酸铵0.239%、麸皮1.499%。实测3次平均酶活为109.8 U/m L，与理论预测吻合良好，表明采用响应面法优化得到的最佳条件准确可靠。
3 讨论
低温纤维素酶在工业应用上比中温纤维素酶更具有优势和潜力。一方面其在自然条件下具有高酶活力及高催化效率，可以使处理过程大为缩短并节省昂贵的加热或冷却费用;另一方面其多具有热不稳定性，一般经过温和的热处理即可使其活力丧失，即不会影响产品品质又节约能源消耗。因此，其在生物质能源的利用领域具有减少工艺流程、降低生产成本及节能的优势[10,11,12]。
在国内外的低温纤维素酶研究中，细菌占主要地位，其虽生长速度快，但所产的低温纤维素酶多为胞内酶，提取困难。目前对于真菌的研究较少，而且一般酶活较低。故以本实验室筛选的低温纤维素酶优良菌株SWD-28为基础，采用Plackett-Burman(P-B)设计和响应面试验设计对培养基优化研究得到最佳组成:玉米粉2.2%，麸皮1.5%，硫酸铵0.24%，磷酸二氢钾0.2%，氯化钠1%，硫酸镁0.04%，氯化钙0.03%，吐温-80 0.08%。此时低温纤维素酶酶活最高，达到109.8 U/m L，是优化前的2.25倍。
青霉SWD-28作为一株低温纤维素酶产生菌，即丰富了纤维素降解菌群库，又为下一步在酶学特性、降解机理、降解动力学和基因工程方面的研究奠定了基础。
摘要：目的:对青霉(Penicillium sp.)SWD-28发酵生产低温纤维素酶的培养基进行优化。方法:在单因素试验的基础上,采用Plackett-Burman(P-B)设计和响应面试验设计(RSM)对产酶进行优化。结果:影响SWD-28产酶的主要因素为玉米粉、硫酸铵和麸皮的添加量。培养基最佳组成浓度为玉米粉2.2%,硫酸铵0.24%,麸皮1.5%,磷酸二氢钾0.2%,氯化钠1%,硫酸镁0.04%,氯化钙0.03%,吐温-80 0.08%。结论:此时滤纸酶活力为109.8U/mL,是优化前的2.25倍。
关键词：低温纤维素酶,青霉,Plackett-Burman,响应面法
参考文献
[1]陈亮,迟乃玉,张庆芳.低温纤维素酶菌株CNY086选育及发酵培养基优化(Ⅰ)[J].微生物学通报,2009,36(10):1547-1552.
[2]Berlemont R,Delsaute M,Pipers D,et al.Insights into bacterial cel-lulose biosynthesis by functional metagenomics on Antarctic soil samples[J].ISME Journal,2009,3(9):1070-1081.
[3]Zeng RY,Xiong PJ,Wen JJ.Characterization and gene cloning of acold-active cellulase from a deep-sea psychrotrophic bacterium Pseud-oalteromonas sp.DY3[J].Extremophiles,2006,10(1):79-82.
[4]Fu Xiaoyu,Liu Pengfu,Lin Ling,et al.A Novel Endoglucanase(Cel9P)from a Marine Bacterium Paenibacillus sp.BME-14[J].Ap-plied Biochemistry and Biotechnology,2010,160(3):1627-1636.
[5]刘多涛,杨谦,王艳君,等.耐酒精半纤维素降解菌的筛选、鉴定及产酶分析[J].太阳能学报,2010,31(1):107-112.
[6]詹发强,包慧芳,王炜,等.地衣芽孢杆菌ws-6产纤维素酶条件优化[J].生物技术,2009,19(5):59-61.
[7]Y.-H.Percival Zhang,Michael E.Himmel,Jonathan R.Mielenz.Out look for cellulase improvement Screening and selection strategies[J].Biotechnology Advances,2006,24:452–481.
[8]刘秀华.纤维弧菌低温纤维素酶的分离纯化及性质探讨[D].山东:山东大学,2007:87.
[9]葛春辉,徐万里,邵华伟,等.一株产纤维素酶细菌的筛选、鉴定及其纤维素酶的部分特性[J].生物技术,2009,19(5):36-40.
[10]Charles Gerday,Mohamed Aittaleb,Mostafa Bentahir,et al.Cold-a-dapted enzymes:from fundamentals to biotechnology[J].Tibtech,2008,3(18):103-107.
[11]Berlemont R,Delsaute M,PipersD,et al.Insightsinto bacterial cel-lulose biosynthesis by functional metagenomics on Antarctic soil samples[J].ISME Journal,2009,3(9):1070-1081.
低温发酵 篇5
畜禽粪便造成的环境污染,是农村环境污染的主要原因。目前,北方农村畜禽粪便处理方式主要采取简单堆积沤肥,这种处理方式简单易操作、所需劳动力低,但污染源分散、臭味大、受环境低温影响腐熟周期长,一般周期为6～12个月,对农村环境污染严重。
实验方案:在低温环境下(0～20℃)采用自然堆肥方式,加入EM微生物菌剂堆肥。选用江苏省某生物技术有限公司生产的EM菌剂。采用4个小型发酵桶,每桶鸡粪、猪粪各10kg,调理剂采用麦麸。日常监测温度并对比腐熟周期,对比堆肥效果,测定腐熟度。
物料配比见表1。
4#物料配比中EM菌麦麸指:先对麦麸和EM菌按比例配比在室内进行发酵,待麦麸出现酒曲醇香气味,即发酵成功,将发酵后的成品加入4#混合粪便中堆肥对比。
实验分3个阶段,第一段:第1～15d,环境平均温度2.5～17.5℃;第二段:第16～24d,此阶段由于日夜温差较大,改善堆肥环境温度,使之稳定在10～13℃;第三段:第25～63d,环境温度稳定在18～20℃。
第一阶段,4个发酵桶堆肥温度主要受环境温度影响而变化,半个月内,1#,2#发酵桶堆肥温度相近,3#发酵桶较1#、2#发酵桶堆肥温度稍高,1#,2#,3#最高温度均为30℃;4#发酵桶温度最高,堆肥最高温度达到32℃。在此环境下,2#发酵桶在加入正常添加量EM菌情况下,EM菌未发挥作用,日堆肥温度同1#桶持平;3#发酵桶加大EM菌添加量后,堆肥温度会小幅提高,日堆肥温度比1#桶最高8℃;4#发酵桶加入已发酵的调理剂后效果明显,同1#堆肥温度最高温差为13℃,同2#堆肥温度最高温差为1 0℃,同3#堆肥温度最高温差为8℃。可见,适当加大EM添加量会有一定的促进作用;加入预先发酵好好的EM菌料理剂,作用明显。
第二阶段(10～13℃):4个发酵桶继续升温发酵。1#桶第21d达到最高温度33℃,之后温度开始回落;2#桶第21 d达到此阶段最高温度34℃,停留2d温度开始下降;3#较1#、2桶温度高,于第21 d达到此阶段最高温度38℃,停留2d温度开始下降;4#桶升温最明显,于第21d达到此阶段最高温度42℃,停留1d温度开始下降。堆肥过程中,3#桶与1#桶最大温差8℃;4#桶与1#桶最大温差15℃。可见此阶段EM菌会促进堆肥,比较结果为4#>3#>2#>1#,3#、4#粪肥已经发酵,并有白色菌斑出现。4#堆肥产品经实验室测腐熟度为Ⅳ级。
注:EM菌添加比例1:1即为1m3堆体添加1KgEM菌剂
第二阶段(18～20℃):由图1可以看出,4个发酵桶堆肥温度均进一步上升,其中1#桶第30天达到此阶段最高温度42℃,停留一天后开始下降,第47d后温度降至26℃,之后基本维持这个温度不变;2#桶堆体温度同1#桶持平,第30d达到此阶段最高温度42℃,持续2d后开始下降,第47d后温度降至26℃,之后基本维持这个温度不变;3#第30d达最高温度46℃,持续一天后开始下降,45℃以上累计5d,第58d后温度降至25℃趋于稳定;4#桶堆体温度仍然最高,于第30d达到此阶段最高温度50℃,持续一天后开始下降,45℃以上累计6d,无害化程度相对较高,第55天后温度降至25℃后趋于稳定。可见,第二阶段各堆体发酵不完全,第三阶段4个发酵桶重新升温,且经过升温期、高温期、降温期、腐熟期4个发酵周期,其中3#桶最高温度较1#桶高4℃,日堆肥温度最高温差10℃;4#桶最高温度较1#桶高8℃,日堆肥温度最高温差1 1℃,无害化程度相对较高。
第三阶段测得各发酵产品腐熟度均为V级,腐熟完全,但未达到卫生无害化要求。
可以得出结论
低温环境下(0～20℃)下:
1.自然堆肥方式,加入EM菌剂后会起到促进堆肥作用,加大EM菌剂用量及预先用EM菌剂发酵调理剂方式均可提升堆肥温度。
2.堆肥效果:预先用EM菌剂发酵调理剂大于两倍EM菌剂用量效果。
3.加入EM菌剂后发酵产品能够达到完全腐熟,无害化程度相应提高,但未达到规范要求。
加入EM菌剂后,发酵周期未能有效缩短,可能由于实验设备较小,温度蓄积能力差所致,对于堆体足够大,加入EM菌后的发酵周期效果有待于进一步研究。