酒精废醪液中温沼气发酵的研究_徐晓伟
木薯酒精发酵工艺的研究
木薯酒精发酵工艺的研究嘿，朋友们！今天咱们来聊聊木薯酒精发酵工艺，这就像是一场微生物的超级派对。
首先呢，木薯就像是一个装满宝藏的小仓库。
它里面的淀粉啊，那可是微生物们垂涎欲滴的美食。
我们把木薯弄成浆糊一样的东西，就像是把仓库里的宝藏一股脑儿倒出来，准备分给微生物小伙伴们。
然后呢，要加入淀粉酶这个神奇的小助手。
淀粉酶就像是一把超级小剪刀，“咔嚓咔嚓”地把木薯里长长的淀粉链剪成一段一段的小碎片。
这时候的木薯浆就像是被剪成小段的彩色绳子，变得更适合微生物们享用啦。
接下来，要把环境调节得舒舒服服的，就像给微生物们准备一个超级豪华的度假酒店。
合适的温度、pH值，这就好比酒店里合适的温度和舒服的床铺一样。
要是温度不合适啊，就像让微生物们住在冰窖或者火炉里，那它们可就不乐意干活啦。
然后就轮到酵母君登场啦！酵母君就像是一群勤劳的小蜜蜂，一头扎进那些被淀粉酶处理过的木薯浆里。
它们开始大口大口地吃着那些小淀粉碎片，然后“噗噗噗”地放出二氧化碳，就像在开一场盛大的碳酸饮料派对。
在发酵的过程中，整个容器就像是一个热闹的小宇宙。
酵母君们忙得热火朝天，不断地把淀粉转化成酒精。
这个时候的木薯浆，就像是一个正在慢慢变成魔法药水的神奇液体，酒精含量一点点地增加，就像小魔法师在不断地往药水里添加魔力一样。
随着时间的推移，发酵就像一场马拉松比赛。
酵母君们可不能中途偷懒，得一直努力地工作。
要是有其他杂菌跑进来捣乱，那就像是比赛的时候突然冒出来几个捣蛋鬼，会把整个发酵过程搞得一团糟，所以要小心地防范这些“坏家伙”。
等到发酵到一定程度，就像是到了魔法药水大功告成的时候。
这时候的液体里已经有了不少酒精，就像宝藏已经被微生物们成功挖掘出来一样。
然后呢，我们要把这些发酵好的液体进行分离。
这就像是从一堆宝贝里把真正的珍珠挑出来一样，把酒精从其他的杂质中分离出来。
最后，经过一系列的处理，纯净的木薯酒精就诞生啦。
这就像是从一个奇妙的魔法世界里得到了一瓶珍贵的魔法药剂，可以用在好多好多地方呢。
白酒企业锅底水、窖底水厌氧消化及沼气回收的特性研究
学位论文作者签名： 年月日
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研究工作选用贵州省仁怀市茅台镇某小型酱香型白酒企业和大冶市 某中型清香型白酒企业的锅底水与窖底水及此两种废水的的混合液分别 进行了条件试验和对比分析，分析了酱香型白酒废水和清香型白酒废水 厌氧发酵回收沼气的差异。实验结果表明，中小型酱香型白酒企业，无 论是中温厌氧还是高温厌氧，锅底水单独处理效果均优于窖底水单独处 理；高温条件厌氧效果普遍好于中温；在单独厌氧处理的高温条件、中 温条件下，酱香型白酒锅底水处理效果优于清香型白酒，酱香型白酒窖 底水的处理效果也优于清香型白酒；酱香型白酒两种废水的混合样处理 效果优于单一废水的处理，锅底水与窖底水体积比为 5：1 时、进水 COD
I
武汉工程大学硕士学位论文
浓度调整为 24000mg/L 时，COD 去除效果最佳，厌氧产甲烷达最佳境况； 清香型白酒废水，锅底水与窖底水体积比为 5：1，进水 COD 为 22000mg/L 达最优处理效果，同样优于该香型白酒锅底水、窖底水单独处理；两种 香型白酒废水分别在最优比例混合及最优条件下进行厌氧实验，其出水 COD 大至相同，降解速率相差不大，产气量酱香型略高于清香型，COD 去除率酱香型和清香型分别为 90.22%和 88.99%。总体来看，酱香型白酒 废水厌氧处理易于清香型白酒废水；白酒废水厌氧产甲烷的重要参数是 pH 值、HRT 和 VFA 的积累量。最优 pH 值为 7.0。在 HRT16 h 之前，VFA 浓度随着 HRT 的增加而增大，有机物降解缓慢，处于水解酸化阶段，气 体量少，去除率低，水力停留时间 16 h 之后，有机物降解速度增快，产 气量迅猛增加， VFA 的浓度逐渐降低，有机物去除率迅速提高，在 HRT48 h 时出现峰值。
酒精糟发酵产燃料乙醇的研究
酒精糟发酵产燃料乙醇的研究汤斌;陈中碧;张庆庆;张金星;张庆龙【期刊名称】《食品与发酵工业》【年(卷),期】2008(034)012【摘要】对酒精糟成分进行了测定,并以其为原料,利用不同浓度的稀H2SO4在均相反应器中进行高温水解,获取可发酵性还原糖,供耐高温酿酒高活性干酵母进行乙醇发酵.结果表明,酒精糟经高温稀酸预处理后可被再次生物转化为酒精;以1.0%(w/w)的稀H2SO4,在130℃,保温2h的预处理条件下,水解还原糖浓度达70.7g/L,经酵母发酵最终得乙醇浓度为28.3g/L,转化率为1.0kg乙醇/5.0kg酒精糟.【总页数】3页(P69-71)【作者】汤斌;陈中碧;张庆庆;张金星;张庆龙【作者单位】安徽工程科技学院生物化学工程系,微生物发酵安徽省工程技术研究中心,安徽,芜湖,241000;安徽工程科技学院生物化学工程系,微生物发酵安徽省工程技术研究中心,安徽,芜湖,241000;安徽工程科技学院生物化学工程系,微生物发酵安徽省工程技术研究中心,安徽,芜湖,241000;阜阳种子酒厂,安徽,阜阳,236000;阜阳种子酒厂,安徽,阜阳,236000【正文语种】中文【中图分类】TS2【相关文献】1.复合微生物菌剂发酵酒精糟生产蛋白饲料的研究 [J], 明红梅;陈蒙恩;周健;郭志;刘军;兰小辉2.酒精糟液香菇深层发酵富集微量元素的研究 [J],3.酒精糟香菇深层发酵水溶性胞外香菇多糖的研究Ⅰ:分离纯化 [J], 活泼;徐柔;章克昌4.利用酒精废糟液无蒸煮发酵生产酒精的研究 [J], 张文学;杨瑞;胡承;王忠彦;胡永松5.“薯类酒精发酵工艺与燃料乙醇新产品开发研究”通过省级成果鉴定 [J], 伍小松因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
厌氧发酵技术处理餐厨垃圾产沼气的研究
厌氧发酵技术处理餐厨垃圾产沼气的探究近年来，随着城市化进程的加快和人口的增加，餐厨垃圾的处理成为一个日益突出的问题。
餐厨垃圾中富含有机废弃物，破坏环境并对人体健康带来恐吓。
厌氧发酵技术作为一种高效处理餐厨垃圾的方法被广泛探究和应用。
本文旨在探讨，并介绍该技术的原理、方法以及在实际应用中的优势。
一、引言随着人们生活水平的提高和城市化的进程，城市的餐饮业蓬勃进步，餐厨垃圾的数量激增。
餐厨垃圾中含有大量的有机物质，若果无法有效处理，会对环境和人体健康造成极大的危害。
因此，寻找一种高效、经济的餐厨垃圾处理方法成为亟待解决的问题。
二、厌氧发酵技术的原理厌氧发酵技术是一种生物处理技术，通过利用微生物在缺氧条件下对有机废弃物进行代谢和分解，产生沼气和有机肥料。
厌氧发酵的基本原理是微生物通过一系列的代谢过程将有机物质转化为沼气。
在缺氧条件下，厌氧菌通过发酵过程将有机废弃物中的碳水化合物、蛋白质和脂肪等转化为沼气主要成分甲烷和二氧化碳。
同时，还会生成一些有机酸和其他代谢产物。
三、厌氧发酵技术的方法厌氧发酵技术的方法包括反应器选择、菌种选择和操作条件控制等方面。
反应器的选择可以依据餐厨垃圾的性质和处理规模来确定。
常见的反应器包括完全混合反应器、序列反应器和固定床反应器等。
菌种选择是关键的一步，合适的菌种能够提高发酵效果和产沼气量。
同时，确保反应器内的环境条件也是分外重要的，包括温度、PH值和有机物浓度等。
四、厌氧发酵技术在实际应用中的优势厌氧发酵技术作为一种高效处理餐厨垃圾的方法具有许多优势。
起首，该技术能够将餐厨垃圾转化为可再生能源沼气，既能够用于发电和取暖等，也可以作为交通燃料使用。
其次，厌氧发酵过程中还能够产生有机肥料，可以用于农业生产，提高土壤肥力。
此外，该技术可以缩减餐厨垃圾的体积，降低垃圾运输成本，缩减对垃圾填埋场的依靠。
五、结论厌氧发酵技术作为一种处理餐厨垃圾的方法在实际应用中显示出了明显的优势。
通过合理选择反应器、菌种和控制操作条件等方面的改进，可以进一步提高处理效果和产沼气量。
酒糟和果渣厌氧发酵产沼气特性研究
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｅ ａ ｒｃ ｌｕ ａ ｃｅ ｃ ｓ ｏ ｒ ａ ｆＨ ｎ ｎ Ａｇ ｉｕｔ ｒ ｌ ｉｎ ｅ Ｓ
酒 糟 和 果渣 厌 氧 发 酵产 沼气 特 性 研 究
邢 颖 李 菽 琳 石 艳 任 广 鑫 ， ， ，
恒 温厌 氧 发 酵 装 置 ， 别 以 工 厂 产 生 的 果 渣 和 酒 糟 为 原 料 ， 温 厌 氧 发 酵 池 的 底 物 为 接 种 物 ， 分 常
在 ２ ～４ ℃ 温度 范 围 内， ５ ５ ５ 每 ℃设 １个温度梯 度进 行试验 。结果表 明 ： ２种 原料在 所 设 温度 范 围 内 均能 够发 酵产 生沼 气 ， 二 者产 气量峰值 出现 时的温度 不 同， １ ０ 酵壶 内， 但 在 ０ ０ ｍＩ发 酒糟在 ３ ℃ 时 ０ 累积产 气量 最大 ， ｌ ２ ． 为 Ｏ ２４ １ ｍＬ， ５ 时 的 累积 产 气量 次之 ； 渣 在 ３ ℃ 时 累积 产 气量 最 大， ２℃ 果 ５ 为
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Plackett_Burman实验设计优化餐厨垃圾发酵产燃料酒精的研究
Plackett Burman 实验设计优化餐厨垃圾发酵产燃料酒精的研究马鸿志1,宫利娟2,汪群慧1,2*,张文毓2,徐文龙3(1 哈尔滨工业大学市政环境工程学院,哈尔滨 150090;2 北京科技大学土木与环境工程学院,北京 100083;3 中国城市建设研究院,北京 100029)摘要:针对餐厨垃圾中营养元素含量丰富的特点,利用运动发酵单胞菌对餐厨垃圾发酵生产燃料酒精,采用Plackett Burman 实验设计分析多种酶制剂和营养物质对发酵过程的影响.结果表明,糖化酶和蛋白酶对于酒精发酵影响显著,其他酶和营养物的添加对发酵均无显著影响,说明餐厨垃圾自身所含的丰富营养即可以满足细菌生长的需要.进一步的单因素试验分析表明糖化酶的最佳添加量为100U g.当同时添加100U g 蛋白酶和100U g 糖化酶时,酒精产量达到最大值53g L,比单纯添加糖化酶时产量高10%,其酒精转化率为44%.经酒精发酵后,餐厨垃圾粗蛋白增加了1 5倍且纤维素含量较低,可作为饲料使用.利用餐厨垃圾产酒精不仅处理了污染严重的废物,同时也为酒精生产提供了廉价的原料,具有较高的环境效益和经济效益.关键词:餐厨垃圾;同步糖化发酵;运动发酵单胞菌;Plackett Burman 实验设计中图分类号:X705 文献标识码:A 文章编号:0250 3301(2008)05 1452 05收稿日期:2007 06 05;修订日期:2007 09 16基金项目:国家 十一五 科技支撑计划项目(2006BAJ04A06)作者简介:马鸿志(1980~),男,博士研究生,主要研究方向为环境生物技术及固体废物资源化,E mail:walter -ma2003@*通讯联系人,E mail:Wangqh59@Optimization of Fuel Ethanol Production from Kitchen Waste by Plackett Burman DesignMA Hong zhi 1,GONG Li juan 2,W ANG Qun hui 1,2,Z HANG Wen yu 2,XU Wen long3(1 School of Municipal and Environmen tal Engineering,Harbin Institute of Technology,Harbin 150090,China;2 School of Civil and Environmen tal Engineering ,University of Science and Technology Beijing,Beiji ng 100083,China;3 China Academy of Urban Construction,Beijing 100029,China)Abstract :Kitchen garbage was chosen to produce ethanol through si multaneous saccharification and fermen tation (SSF)by Z ymomonas mobilis .Plackett Burman design was employed to screen affecting parameters during SSF process.The parameters were divided into two parts,enzymes and nutritions.None of the nu tritions added showed significan t effect during the experiment,which demonstrated that the ki tchen garbage could meet the requirement of the microorgani sm without extra supplementation.Protease and glucoamylase were determined to be affecting factors for ethanol production.Single factor experi ment showed that the optimum usage of these two enzymes were both 100U g and the corresponding maxi mu m ethanol was determined to be 53g L.The ethanol yield could be as high as 44%.The utilization of ki tchen garbage to produce ethanol could reduce threaten of waste as well as improve the protein content of the spent.This method could save the ethanol production cost and benefit for the recycle of ki tchen garbage.Key words :kitchen garbage;simultaneous saccharification and fermen tation;Zymomonas mobilis ;Plackett Burman design餐厨垃圾俗称泔脚,是餐馆、饭店、公用食堂等场所人们吃剩下来的饭菜,具有3个特点:排放量极大,目前北京市日产约1600t,上海市日产约1300t [1];极易腐烂变质,散发恶臭,传播细菌和病毒[2];营养含量丰富,可利用潜力高,目前已有研究表明餐厨垃圾具有生产乳酸、甲烷、氢气等用途.因此如何科学、合理地对餐厨垃圾进行处置和资源化利用已经成为亟待解决的问题[3],值得人们关注[4~7].随着国际原油价格的不断攀升,生物质能源的研究越来越受到人们的重视.在众多的生物质能源中,燃料酒精由于其生产工艺简单,可生产乙醇汽油,向环境净排放的温室气体为零等优点,得到了美国、巴西等国家的青睐[8~10],我国也在 十一五 规划中提出了大力发展燃料酒精的目标.当前我国的酒精生产主要以玉米、稻谷、小麦等粮食作物为原料,从资源有效利用和降低生产成本方面考虑,利用含丰富淀粉及纤维素类的废弃物作为原料无疑更具有优势.当前已有利用农业废弃物如玉米渣、土豆渣、麦糠、麸皮、农作物的秸秆以及废弃的甜菜叶茎等进行酒精生产的研究[11,12],而利用餐厨垃圾生产燃料酒精尚鲜见报道.此外,传统酒精发酵的微生物以酵母为主,而运动发酵单胞菌由于其较高的酒精产率,第29卷第5期2008年5月环 境 科 学ENVIRONME NTAL SCIENCEVol.29,No.5May ,2008耐酸耐酒精,易于进行基因操作等优点,被越来越多地运用到酒精发酵生产中[13~15].本研究利用运动发酵单胞菌对餐厨垃圾进行发酵生产酒精.采用Plackett Burman(P B)法对影响发酵培养基的因素进行筛选,然后对筛选出的因素进行优化,确定最适宜的发酵培养基,以期为下一步的试验研究奠定基础.1 材料与方法1 1 原料餐厨垃圾取自北京科技大学学生二食堂,经过初步分拣、粉碎后待用.其营养成分如表1所示.从中可以看出餐厨垃圾中糖类物质含量最大,适合进行酒精发酵.同时,餐厨垃圾中还含有脂肪、纤维素、蛋白质等物质,本实验拟利用添加不同酶制剂以期达到充分利用各种营养物质从而促进酒精发酵的目的.表1 餐厨垃圾的组成 %Table1 Characteris tic of kitc hen garbage %参数含量范围平均值TS11 97~18.1017 22DS1 31~4.962 58SS7 01~15.8014 64总糖56 78~67.1062 68淀粉41 38~55.0946 12粗蛋白13 21~17.1315 56粗脂肪15 12~19.8918 06粗纤维1 91~2.872 26pH值5 98~6.126 081 2 菌种及酶制剂运动发酵单胞菌:Z ymomonas mobilis10225,中国工业微生物菌种保藏中心提供.酶制剂包括糖化酶(100000U g),淀粉酶(4000U g),植酸酶(5000 U g),脂肪酶(2000U g),纤维素酶(40000U g),果胶酶(4000U g),由北京东华强盛生物技术有限公司提供.1 3 培养基(1)运动发酵单胞菌种子培养基(葡萄糖培养基) 葡萄糖10%,酵母膏0 5%,磷酸二氢钾0 1%,硫酸镁0 05%,硫酸铵0 1%,pH7,水1000 mL,121!灭菌15min.(2)餐厨垃圾基础培养基 100g餐厨垃圾,加入适当体积的水调节含水率后,装入250m L三角瓶中,121!灭菌15min待用.1 4 酒精发酵在基础培养基中,按照100U g加入糖化酶(确定糖化酶单因素的实验除外),以10%的接种量接入运动发酵单胞菌,厌氧30!发酵48h.1 5 分析方法取一定体积的发酵醪,4000r min离心20min,取上清液,进行还原糖和酒精的测定.还原糖测定采用DNS法[16],酒精的测定使用生物传感分析仪SB A 40C(山东省科学院生物研究所),粗蛋白的测定采用凯氏定氮法[17].酒精转化率E定义为:E=c∀VM∀100%式中,c:发酵液酒精浓度(g#L-1),V:发酵液体积(L),M:干垃圾质量(g).1 6 P B实验设计Placke tt B urman设计法在一次实验中可以试验多个独立可调变量,通过统计分析筛选出对实验结果有显著影响的因素,因此被广泛应用于微生物培养基的筛选[18].本实验加入酶制剂以考察各种酶制剂对酒精发酵的影响,加入运动发酵单胞菌需要的无机盐考察外加营养元素对酒精发酵的影响.表2为N=16的P B实验设计选择的因素,其中每个因素为2个水平,低水平为原始培养条件,高水平为加入了营养元素的培养条件,试验中一共考察了13个因素,其中N和O为试验空白.表2 Plackett Burman设计的因素Table2 Parameters in the Plackett Burman desi gn 编号因素低水平(-1)高水平(+1)A淀粉酶 U#g-108B糖化酶 U#g-10200C纤维素酶 U#g-10100D蛋白酶 U#g-10100E脂肪酶 U#g-10100F植酸酶 U#g-10100G果胶酶 U#g-10100H磷酸二氢钾 %00 1I硫酸镁 %00 05J硫酸铵 %00 1K酵母膏 %01L温度 !3040M pH47N空白O空白2 结果与分析2 1 不同固液比对酒精发酵的影响14535期马鸿志等:Plackett Burman实验设计优化餐厨垃圾发酵产燃料酒精的研究固液比(餐厨垃圾∃水)对发酵有较大影响,但为了实验和计算的方便,在显著性因素优化实验之前考察这一因素(即不纳入优化实验设计中).多次取样分析后,测定本批实验的餐厨垃圾平均含水率为82 8%,为了探讨不同固液比对酒精产量的影响,添加不同量水进行酒精发酵,结果如图1所示.图1 固液比对酒精发酵的影响Fig.1 Effect of ratio of s olid to li quid on ethanol production如果外加的水较少,则相应底物的浓度较高,产生酒精的浓度也较大,由于酒精发酵是产物抑制型发酵,酒精浓度达到4%就会对发酵产生一定的抑制,从而减弱甚至停止酒精生产速率[19].若增大水的用量,则会使酒精发酵液浓度降低,减弱产物抑制作用,但同时增加了蒸馏的能耗,并产生大量的酒精废液,增加了环境的压力.因此在酒精发酵过程中选择适当的固液比十分重要.由图1所示,还原糖浓度始终保持较低的水平,说明产生的糖类物质能够被细菌充分利用.且固液比为100∃50和100∃75时,酒精浓度较高为50g L 左右.考虑到蒸馏时的能耗问题,本实验以100∃50为最佳固液比,以下实验均保持该值.2 2 Plackett Burman 设计法筛选重要影响因素依照表2的因素设计,使用统计软件Statistica 6 0(StatSoft C ompany,USA)设计实验方案,如表3所示.向基础培养基中添加营养元素,按照1 4方法进行酒精发酵,所产酒精的浓度值见表3 表4为试验分析,利用p 值来确定显著性的因素,定义p <0 05为特别显著的因素,由表4的t (a)和p (a)中可以看出,糖化酶对应的p 值最小,为0 147.为提高模型的显著性,将影响最不显著的因素果胶酶和磷酸二氢钾进行了剔除,利用软件对新的模型进行分析,得到了相应因素新的影响次序如t (b)和p (b)所示,在所考察的变量中,糖化酶和蛋白酶为影响十分显著的因素,而其他变量的影响不明显,这并不意味着它们对细菌酒精发酵没有作用.淀粉酶一般对酒精发酵具有重要作用,但本实验中因餐厨垃圾经过了加热处理,淀粉类物质相当于已经过了糊化过程,故淀粉酶的作用未能体现.纤维素酶、植酸酶和果胶酶虽对甘薯类和纤维素类物质的酒精发酵有着显著的作用[20],但本实验餐厨垃圾中纤维素类物质含量较少,使上述酶未能充分发挥其作用.虽然餐厨垃圾中脂肪类物质含量较高,但是其代谢的产物甘油和脂肪酸不影响酒精发酵,故脂肪酶也属非显著因素.其他无机营养盐和酵母膏同样对发酵无明显影响,说明餐厨垃圾营养丰富,不需要外加营养物质即可满足细菌生长的需要.表3 N =16的Plackett Bu rman 实验设计及试验相应值Table 3 Experi ment design and res ult for Plackett Burman design (N =16)序号A B C D E F G H I J K L M N O 酒精浓度 g #L -11-1-1-1-1111111-1-1-1-112121-1-1-1-1-1-1111111-1-1143-11-1-1-111-1-1111-11-143411-1-11-1-1-1-11-1-1111425-1-1-1-1111111-1-1-1-112161-11-1-11-1-11-1-11-111157-111-1-1-111-1-1-111-11168111-111-11-1-11-1-1-1-1529-1-1-1111-11-1-1-1111-140101-1-11-1-111-1-11-1-1113811-11-11-11-1-11-11-11-11461211-111-11-11-1-11-1-1-14113-1-1111-1-1-1-1111-1-1122141-111-111-1-11-1-11-1-14515-1111-1-1-1111-1-1-11-1491454环 境 科 学29卷表4 P B 实验的结果分析Table 4 Analysis of the result for P B des ign编号因素t (a)p (a)t (b)p (b)A 淀粉酶 U #g -10 6670 5740 9400 401B 糖化酶 U #g -12 3140 1473 2610 031C 纤维素酶 U #g -1-0 3140 783-0 4420 681D 蛋白酶 U #g-12 0000 1832 8190 048E 脂肪酶 U #g -10 4310 7080 6080 576F 植酸酶 U #g -11 2550 3361 7690 152G 果胶酶 U #g -1-0 1180 917H 磷酸二氢钾 %0 0001 000I 硫酸镁 %-0 8240 497-1 1610 310J 硫酸铵 %0 2350 8360 3320 757K 酵母膏 %0 3140 7830 4420 681L 温度 !-1 5300 266-2 1560 097M pH -0 1570 890-0 2210 836N 空白O空白2 3 糖化酶和蛋白酶添加量的确定由上述P B 实验可知,糖化酶和蛋白酶为最显著的因素.为了确定这2种酶的最佳用量,进行酒精发酵实验.依据1 4的酒精发酵方法,确定固液比为100∃50,细菌接种量为10%,分别添加不同量的糖化酶确定其最佳用量,其结果见图2 由图2可知,糖化酶含量为100U g 时酒精浓度最高,为48g L,且添加不同量的糖化酶时,由于生成的还原糖不断被接种的运动发酵单胞菌所利用,而保持较低的浓度,有效地缓解了产物(还原糖)对糖化过程的抑制作用.图2 糖化酶用量对酒精发酵的影响(不添加任何其他酶)Fi g.2 Effect of gl ucoa mylase us age on e thanol production向5瓶餐厨垃圾发酵培养基中分别添加50~250U g 蛋白酶,并同时添加100U g 的糖化酶,进行酒精发酵的结果见图3.从中可知,最佳蛋白酶添加量为100U g,此时的酒精产量53g L,比单纯添加100U g 糖化酶时高10%.这是因为蛋白酶的加入可促使蛋白质分解为氨基酸,丰富了发酵体系中营养元素,从而促进微生物的生长,进而提高酒精产量[21].根据1 5所述的酒精转化率公式进行计算,此时的酒精的转换率为44%(根据1 5所述的公式:酒精浓度53g L ∀发酵液体积142 8m L 干垃圾质量17 2g=44%).根据报道,以葡萄糖为底物进行酒精发酵时的理论转化率为51%[22],由此可知,使用餐厨垃圾作为原料可以有效地进行酒精发酵.图3 蛋白酶用量对酒精发酵的影响(同时添加糖化酶100U g)Fig.3 Effect of protease usage on ethanol production2 4 餐厨垃圾酒精发酵前后的化学组成分析将餐厨垃圾酒精发酵的产物蒸馏得到酒精,蒸馏后残液经固液分离后得到的固相物质为固体酒糟,液相物质为酒糟废液.不同原料酒糟废液的组成如表5所示,以餐厨垃圾为原料和以玉米为原料的酒糟废液中C OD 浓度、粗蛋白含量及pH 值均相近[23],如果直接排放将严重污染环境,而利用其中含有的营养物质回用于发酵体系以调节发酵前的含水率,则不仅能解决环境污染的问题,还能节约水资源[24].表6对比了餐厨垃圾酒精发酵前后的化学组成,可以看出,餐厨垃圾经酒精发酵后,粗蛋白增加了1 5倍,粗纤维和粗脂肪的含量变化不显著,因此所得的固体酒糟中蛋白含量高,纤维素含量低,可以作为饲料使用.表5 不同原料酒糟废液的性质比较Table 5 Characteris tic of the distillery waste of different subs trates 原料种类COD mg #L -1粗蛋白 %pH 餐厨垃圾500001~1 53 8~4 2玉米558001 23 5表6 餐厨垃圾酒精发酵前后的化学组成 %Table 6 Composition of kitchen garbage before and afterethanol production %分类粗蛋白粗纤维粗脂肪发酵前的餐厨垃圾15 562 2618 06发酵后的固体酒糟38 451 3213 5114555期马鸿志等:Plackett Burman 实验设计优化餐厨垃圾发酵产燃料酒精的研究3 结论餐厨垃圾中营养含量丰富,为了充分利用其中的营养元素,同时考察外加物质对酒精发酵的影响,应用Plackett Burman试验设计和单因素试验的方法,优化了餐厨垃圾发酵产酒精的条件.实验结果表明,在选取的13个因素中,只有糖化酶和蛋白酶对于酒精发酵影响显著,进一步的单因素试验分析表明糖化酶的最佳添加量为100U g.当同时添加100U g蛋白酶和100U g糖化酶时,酒精产量达到最大值53g L,比单纯添加糖化酶时产量高10%,其酒精转化率为44%.经过酒精发酵后,餐厨垃圾粗蛋白增加了1 5倍,所得的固体酒糟中蛋白含量高,纤维素含量低,可以作为饲料使用.利用餐厨垃圾发酵生产酒精,不仅可以解决城市垃圾中排放量越来越大且难以处理的餐厨垃圾环境污染问题,有效地实现其减量化、无害化与资源化,还对扩大酒精生产原料来源,降低酒精生产成本有积极意义.参考文献:[1] 赵由才.生活垃圾资源化原理和技术[M].北京:化学工业出版社,2002.358 368.[2] 吴玉萍,董锁成.当代城市生活垃圾处理现状与展望[J].城市环境与城市生态,2001,14(1):33 36.[3] 王星,王德汉,张玉帅,等.国内外餐厨垃圾的生物处理及资源化技术进展[J].环境卫生工程,2005,13(2):25 29.[4] Lay J J,Fan K S,Chang J.Infl uence of chemical nature of organicwas tes on their conversi on to hydrogen by heat shock di ges ted 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大米生料发酵酒精生产的研究
摘 要: 报告了新型颗粒淀粉水解酶在大米酒精生产上的最新进展。采用杰能科公司的颗粒淀粉
水解酶 ST A R GEN TM 以大米为原料, 发酵效率可大大提高, 同时对发酵醪液进行了 G C- MS 分析
结果表明, 生料工艺的发酵产物杂质与传统工艺相比也有很大程度上的减少。
由表 1 可见 Sabbucus 工厂干磨大米粉的详细 分布信息, 其中颗粒较粗的即大于 40 目的米粉占 15% 左右。
在料水比为 1 g : 3 5 m L( 相当于固形物质量分 数为 19% ) , St ergen 添加量为 2 5 kg/ 吨( 以干物质 计) 的实验条件下, 不同颗粒度大小对酒 精生料发 酵的影响见表 2。
1 材料与方法
1. 1 实验材料 工业碎米; 酿酒高活 性干酵母( 耐高温型) : 安
琪酵母股份有限公司产品。 淀粉酶: 耐高温 - 淀粉酶 Spezym e Fred, 酶
活力: 17 400 U/ g; 糖化酶: 新型液体糖化酶 GA- L NEW , 酶活 力: 100 000 u/ g, 颗 粒淀 粉水 解酶: ST A R GEN TM , 酶活力: 456 U / g , 均为杰能科国际 公司产品; 无 水乙醇, AR, 北京色谱中心提供; 葡 萄糖, 麦芽糖: H PL C 级, Sig ma 公司产品; 乳酸, 甘 油, 乙酸: H PL C 级, 北京色谱中心提供。 1. 2 实验设备
由表 2 可以看出, 尽管只有 15% 左右的米粉颗 粒大于 40 目, 对发酵仍然有较大的影响, 发酵醪中 乙醇 体 积分 数 从 9 92% 下 降 到 8 93% , 即 将 近 10% 的跌幅, 由此可见颗粒度大小控制的好坏对大 米生料发酵能否顺利进行有着至关重要的影响。
木薯酒精发酵实验1
木薯酒精发酵实验姓名：班级：生 E-mail：8@一、实验目的掌握酒精发酵的基本原理。
二、实验原理酒精发酵是在厌氧条件下，己糖分解为乙醇并释放出二氧化碳。
酒精发酵的类型有3种：即通过EMP途径的酵母菌酒精发酵、通过HMP途径的细菌酒精发酵和通过ED途径的细菌酒精发酵酵母菌通过EMP途径分解己糖生成丙酮酸，在厌氧条件和微酸性条件下，丙酮酸则继续分解为乙醇。
而如果在碱性条件或者培养基中加有亚硫酸盐时，则发酵的主要产物是甘油，这也是工业的甘油发酵。
因此，如果要用酵母进行酒精发酵，就必须控制发酵液的微酸性条件。
三、实验材料1. 菌种酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）GGSF162. 培养基YPD（Yeast extract Peptone Dextrose，酵母浸出物）斜面培养基：葡萄糖20 g/L，酵母膏10 g/L，蛋白胨10 g/L，自然pH，115℃灭菌20min。
木薯粉发酵培养基：料水比1：2.3的木薯粉，经液化糖化，调节pH至4.5，添加相应营养盐至终浓度为MgSO4·7H2O 0.45g/L，KH2PO4 1.5g/L，CaCl2 0.2g/L，115℃灭菌20min，冷却，添加NH4Cl 0.6g/L至灭菌醪液中。
3. 溶液及试剂*2.5g/L的标准葡萄糖溶液：称取105℃左右烘干至恒重的葡萄糖2.5g，加水溶解，加浓盐酸5mL，蒸馏水定容至1000mL容量瓶。
3mol/L尿素母液：尿素18.02g定容至100mL，以微孔滤膜过滤备用。
使用时按每100g木薯粉0.25g尿素量添加。
*用NH4Cl代替尿素，使用时终浓度为0.6g/L。
*菲林甲液：34.65g硫酸铜加蒸馏水定容至500mL。
*菲林乙液：173g酒石酸钾钠加50g氢氧化钠，加蒸馏水定容至500mL。
2mol/L HCl溶液：浓盐酸5.6mL，定容至100mL容量瓶中。
质量分数为20%的HCl溶液：浓盐酸257mL，定容至500mL容量瓶中。
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酒精废醪液中温沼气发酵的研究基金项目：云南省科技厅节能减排科技创新工程(2008KA004)资助。收稿日期：2009－07－03作者简介：徐晓伟(1985-)，男，云南永胜人，大学本科。
通讯作者：张无敌(1965-)，男，研究员，博士生导师，从事生物质能研究与教学工作，E-mail:wooti@ynnu.edu.cn。
徐晓伟，尹芳，徐锐，李建昌，刘士清，陈玉保，张无敌（云南师范大学可再生能源材料先进技术与制备教育部重点实验室；生物能源持续开发利用教育部工程研究中心；云南省生物质能与环境生物技术重点实验室；云南省农村能源工程重点实验室；云南昆明650092）
摘要：薯类淀粉酒精废醪液固液分离后，其滤液的CODcr为50240mg/L，滤液采用批量发酵工艺，在恒温20℃和30℃下进行厌氧发酵产沼气实验。结果表明，恒温20℃时，发酵HRT为40d，产沼气量为15.2mL/mL废醪液，COD产气率为304mL/gCOD，COD去除率为93.23%；恒温30℃时，发酵HRT为20d，产沼气量为15.5mL/mL废醪液，COD产气率为310mL/gCOD，COD去除率为95.22%。关键词：综合利用；酒精废醪液；中温沼气发酵；产气潜力中图分类号：TS262.2；TS261.4；X797文献标识码：A文章编号：1001－9286（2009）10－0095－03
StudyonMesophilicBiogasFermentationfromAlcoholicWastewaterXUXiao-wei,YINFang,XURui,LIJian-chang,LIUShi-qing,CHENYu-baoandZHANGWu-di(CollegeofEnergyandEnvironmentalScience,Yun'nanNormalUniversity,KeyLabofAdvancedTechniqueandPreparationforEnergyMaterials,MinistryofEducation,EngineeringResearchCenterofSustainableDevelopmentandUtilizationofBiomassEnergy,RenewableMinistryofEducation,ProvincialKeyLabofBioenergyandEnvironmentalBiotechnology,ProvincialKeyLabofRuralEnergyEngineering,Yun'nanNormalUniversity,Kunming,Yun'nan650092,China)
Abstract:Aftersolid-liquidseparationofalcoholicwastewaterfrompotatostarch,theCODcrofthefiltratewas50240mg/L,thenbatchfermen-tationprocessingwasapplied,andtheexperimentsofbiogasproductioninanaerobicdigestionwerecarriedoutat20℃andat30℃(constanttemperature)respectively.Theresultsindicatedthatbiogasyieldofalcoholwastewaterwas15.2mL/mLwastewaterand304mL/gCODwhenthetemperaturewasat20℃andfermentationHRTwas40d,whenthetemperaturewasat30℃andHRTwas20d，biogasproductionratewas15.5mL/mLwastewaterand310mL/gCOD.TheCODdegradationratewas93.23%at20℃andwas95.22%at30℃.Keywords:comprehensiveutilization;alcoholicwastewater;mesophilicbiogasfermentation；biogaspotential
“非粮、无污染、低能耗”是我国燃料乙醇发展的先决条件，它既是一个重要的技术发展方向，也是下一轮燃料酒精产业顺利发展必须建立的技术平台[1]。燃料乙醇是指以一定比例的无水乙醇与汽油混合作为内燃机的燃料，它的广泛应用不仅可以缓解石油危机，而且能大幅减少环境的污染。2006年我国共生产乙醇480万t，其中生物能源燃料乙醇110万t，以玉米为原料生产的乙醇占我国乙醇总产量的50%以上。但是随着粮食安全问题日益严重，国家“十一五”规划在强调发展生物质能源———燃料乙醇的同时，明确提出“坚持和谐发展、坚持不与粮争地、坚持不与人争粮”的基本方针，强调以“非粮原料———薯类”作为发展燃料乙醇的主要原料[2]。由于薯类较高的淀粉含量，生产燃料乙醇过程中会产生大量高浓度有机废水，其中含有大量的营养物质，70%以上为有机质，主要为糖分、蛋白质、维生素、残糖、短纤维和氨磷钾等，属无毒有害高浓度有机废水[3]。如直接排放不但造成环境
污染，而且浪费了大量资源。因此，酒精废醪液的治理与综合利用被国家列为2010年规划的科技发展主攻方向及关键技术之一[4]。
薯类酒精蒸馏废液的COD高达80000～100000mg/L(固液分离前)，C/N为25～30，处于沼气发酵C/N比的最佳范围内，加上蒸馏废液本身温度较高(100℃左右)，因而容易实现沼气的高温发酵。10多年来薯类酒精废液的沼气发酵在工艺和工程技术上进步很大。薯类淀粉酒精废醪液的沼气发酵技术已成为大规模工业沼气发酵的成功典范[5]。尽管沼气发酵技术进步很大，但仍有很
大潜力，薯类淀粉酒精废醪液中还剩余40%的固态生物质(未溶解的纤维和木质素类物质)尚未转化成沼气[6]。研
酿酒科技2009年第10期（总第184期）·LIQUOR－MAKINGSCIENCE＆TECHNOLOGY2009No．10(Tol．184)95
DOI:10.13746/j.njkj.2009.10.029酿酒科技2009年第10期（总第184期）·LIQUOR－MAKINGSCIENCE＆TECHNOLOGY2009No．10(Tol．184
)
图1批量发酵实验装置图究提高沼气发酵产气潜力技术，增加沼气量是可以做到的，理想的是将所有非酒精发酵的生物质全部转化成沼气。沼气可作燃料，还可用沼气直接发电，既回收大量能源，又没有二次污染，不失为一种有效治理废醪液污染的途径。我国酒精厂众多，全国每年约有数千万吨酒精废醪液排放。该类废水中的有机物既是污染源，又是可以利用的资源。应用沼气发酵技术处理酒精废醪液可以满足治理污染和开发能源双重目的[7]。1材料与方法1.1实验材料1.1.1发酵原料酒精废醪液取自云南龙川江生物开发公司元谋酒精厂的废醪液，其发酵乙醇的原料为脱毒红薯，固液分离后，经测定其CODcr为50240mg/L，pH值为3.64。1.1.2接种物本实验室以粪便为原料多年富集驯化的厌氧活性污泥，经测定TS为9.61%，VS为69.64%，pH值为7.5。1.2实验器材平底大烧瓶、集气瓶、橡胶管、天平、恒温箱、马弗炉、烧杯、玻棒、温度计、pHS22型酸度计，恒温装置等。1.3实验方法1.3.1实验装置本实验装置分为两大部分：发酵罐部分与集气装置部分。为了能观察发酵原料体积和物料状态的变化，选取500mL透明的广口瓶作为发酵罐，玻璃管只需插入发酵罐中1cm左右，以免发酵料液或水堵住管口，影响装置的输气管道，并用三通活塞进行控制，便于放气点火，集气瓶下口用橡胶管连接到排水瓶，排水瓶上有最小为500mL的刻度。实验装置图见图1。1.3.2实验设计本次实验采用批量发酵的方式，即采用500mL发酵装置12套，按温度分为20℃和30℃两组，每组又分为空白对照组和实验组，其试验组原料都为300mL酒精废醪液+150mL接种物，总体积为450mL，即：发酵温度为20℃时：A组（对照）：300mL水+150mL接种物；
B组（实验）：300mL酒精废醪液+150mL接种物。
发酵温度为30℃时：C组（对照）：300mL水+150mL接种物；
D组（实验）：300mL酒精废醪液+150mL接种物。
1.4分析测定方法①TS（总固体含量）：见参考文献[8]；
②VS（挥发性固体含量）：见参考文献[8]；
③COD(化学需氧量)的测定：重铬酸钾氧化法[9]；
④pH值：采用pHS22型酸度计测定；
⑤产气量：用排水法收集沼气，每天记录产气量；
⑥甲烷含量：采用火焰颜色判定法确定甲烷的含量
范围[10]。
2结果与分析2.1不同温度条件下酒精废醪液的发酵产沼气结果A、B两组发酵共进行了40d，C、D两组发酵共进行
了20d，B组和D组的沼气发酵产气情况见图2。
从图2可以看出，恒温20℃时，B组沼气日产气量增加缓慢，发酵HRT为40d；恒温30℃时，D组沼气日产气量增加迅速，发酵HRT为20d。B、D两组的总产气量分别为4562mL和4637mL，两者差异不大。由此可知，30℃的发酵HRT是20℃的一半，即30℃的发酵可比20℃的发酵沼气减少反应器容积一倍；温度越高，原料分解速度越快，产气也越多，故发酵料液的日产气量的变化受温度的直接影响较大[11]。
2.2沼气甲烷含量20℃条件下，B组沼气燃烧及火焰观察结果：发酵
进行到3～5d时，沼气火焰呈淡晴蓝，能连续燃烧；发酵进行至6～32d，沼气火焰为桔黄色，能连续燃烧；发酵进行到32～38d，沼气火焰呈淡晴蓝，能连续燃烧；发酵进行到39～40d，沼气未能连续燃烧。从燃烧火焰可以看出甲烷含量为50%～70%[10]
。A组（对照组）产气较少且
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