发酵废弃菌丝体厌氧产酸技术研究

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作为轻工业的重要支柱之一,我国发酵工业每年产生大量发酵废渣,而发酵废弃菌丝体是发酵废渣的重要组成部分,通常由有机废渣、细菌菌体、糖和蛋白质等组成,种类多,数量大,易腐败且不稳定,长期贮存导致菌丝体自溶,污染环境。本研究采用厌氧发酵产酸技术,通过优化废弃菌丝体预处理及厌氧发酵产酸工艺的关键影响因素,解析其与厌氧发酵产酸末端产物分布的内在联系,将废弃菌丝体中的有机物尽可能多的转化为乙酸等短链挥发性脂肪酸(SCFAs),可在实现废弃菌丝体减量化的同时,生产高附加值产品,是获得良好环境和经济效益的有效途径。主要研究内容及结果如下:(1)废弃菌丝体预处理工艺的关键影响因素优化。结果表明,较高的废弃菌丝体预处理温度和pH值有利于TS及VS融出,当预处理温度为90℃、pH值为11.0时,废弃菌丝体中TS和VS的融出率分别为45.28%和43.28%,上清液中SCOD浓度为31.73g/L;所得上清液中可溶蛋白质和碳水化合物浓度均较高,分别为4.79g/L和3.97g/L,氨氮浓度为0.73g/L。(2)起始发酵pH值对废弃菌丝体厌氧发酵产酸的影响。起始发酵pH值对废弃菌丝体预处理液中SCOD、蛋白质和碳水化合物的降解,发酵过程中蛋白酶和α-淀粉酶等胞外水解酶的活性,以及末端发酵产物分布均有重要影响。当起始发酵pH值为9.0时,SCOD去除率为22.39%,蛋白质和碳水化合物的降解率分别为78.30%和77.03%;酸性、中性和碱性蛋白酶及α-淀粉酶活性分别为4.116U·mL-1、3.812U·mL-1、3.049U·mL-1及13.72ug maltose·min-1;SCFAs及乙醇等末端发酵产物浓度为22.04g/L,乙酸浓度为15.78g/L,乙酸占总末端发酵产物比例为71.59%。(3)F/M对废弃菌丝体厌氧发酵产酸的影响。当F/M为1:1时,SCOD去除率及蛋白质和碳水化合物的降解率均最高,分别为31.99%、71.23%和73.43%;酸性、中性和碱性蛋白酶及α-淀粉酶的活性也最大,分别为5.336U·mL-1、3.964U·mL-1、4.726U·mL-1及14.04ug maltose·min-1;单位体积的菌丝体预处理液末端发酵产物和乙酸浓度最高,分别为0.17g/mL和0.14g/mL,乙酸占总末端发酵产物的比例为82.19%。(4)发酵时间对废弃菌丝体厌氧发酵产酸的影响。随厌氧发酵产酸的进行,废弃菌丝体预处理液中SCOD、蛋白质和碳水化合物浓度随发酵时间的增加逐渐降低,发酵至第8d时,有机物降解率达最大,末端发酵产物和乙酸浓度也最高。此时,SCOD去除率为33.83%,蛋白质和碳水化合物降解率分别为68.60%和81.21%;总末端发酵产物浓度为28.82g/L,乙酸浓度为22.91g/L。
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