餐厨垃圾同步糖化发酵产乳酸和双水相分离

《餐厨垃圾同步糖化发酵产乳酸和双水相分离》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、摘要餐厨垃圾同步糖化发酵产乳酸与双水相分离摘要餐厨垃圾含水率与挥发性有机质含量高，极易腐败，成为恶臭的主要来源，并且其含有大量的致病菌，容易造成疾病的传播。另一方面，餐厨垃圾富含碳水化合物及丰富的营养，包括脂肪、蛋白质和多种糖类，可作为生物质能源，具有广阔的利用前景。目前厌氧产甲烷技术是餐厨垃圾资源化的主流技术，但其存在发酵时间长，沼气产率低等问题。本课题组以往研究表明餐厨垃圾厌氧消化过程中大量产生的乳酸容易抑制产甲烷菌的活性，并造成餐厨垃圾利用率低等问题。而乳酸作为一种工业原料广泛运用于食品、医药、化工等领域；并且由乳酸还可合成生物可降解性塑料，成为石油化工生产通用塑料的替

2、代品。相比于厌氧产甲烷，生物发酵产乳酸具有成本低，生物质利用率高，副产物少，工艺简单，对环境污染小等特点。因此，开发高效的餐厨垃圾厌氧发酵产乳酸技术可望成为一种有效实现餐厨垃圾减量化、无害化和资源化的新途径。为提高餐厨垃圾中生物质的降解率、最大程度地实现餐厨垃圾减量化与资源化，本论文对餐厨垃圾同步糖化发酵产乳酸和双水相技术提取乳酸进行了研究，着重对影响这两种过程的限制因素及其改善措施进行系统研究：针对餐厨垃圾极易腐化，容易在运输过程中产生恶臭，滋生腐败菌的问题，本文研究了添加同型乳杆菌快速保存餐厨垃圾的方法；针对传统乳酸发酵工艺流程长，操作复杂，乳酸产率低的问题，本文将同步糖

3、化发酵技术运用到餐厨垃圾发酵中，分析a．淀粉●■酶、蛋白酶、Yeastextract、温度及CaC03对餐厨垃圾同步糖化发酵的影响规律，并提出提高餐厨垃圾发酵速率的措施；针对传统的乳酸提取工艺流程长，消耗化工原料多，且最终产品收率低的问题，本文首次将双水相技术运用到餐厨垃圾发酵中提取乳酸，探究了乳酸菌在双水相体系中的分配规律，确定影响分配的主要因素，分析了聚合物浓度、分子量及乳酸菌接种率对双水相体系发酵的影响，并考查了餐厨垃圾多批次连续发酵提取乳酸的效果。主要研究结果如下：上海交通大学博+学位论文(1)从餐厨垃圾中分离筛选出若干乳酸菌株，经生理生化试验初筛得到一株同型乳杆菌。

4、进一步经API50CH系统及16sDNA分子生物学技术鉴定，鉴定为同型Lactobacillusplantarum乳杆菌，并命名为LactobacillusplantarumBP04。生长曲线与产酸能力表明该菌株生长周期短，经12h生长可达到稳定期，且具有良好的产酸能力，可达到138．09g／L。(2)研究了投加LactobacillusplantarumBP04快速保存餐厨垃圾的方法。实验结果表明接种LactobacillusplantarumBP04有利于在保存前期加速乳酸的生成，快速降低发酵液pH值，达到抑制肠道菌等病原菌与腐败菌的滋生。提高接种率，有利于控制Lacto

5、bacillusbrevis与Leuconostoclactis等异型乳酸菌的生长，加速发酵类型由异型向同型转化。乳酸是餐厨垃圾保存过程中最主要的有机酸，其变化趋势反应了不同菌属的细菌在保存过程中的相互作用规律。(3)运用二阶响应曲面法分析a一淀粉酶、蛋白酶、Yeastextract、温度及CaC03对餐厨垃圾同步糖化发酵的影响规律。响应曲面法回归模型表明一次项中蛋白酶、温度及CaC03对乳酸产量有显著正影响，而c【一淀粉酶与YeasteXtract影响不显著；蛋白酶与温度的交互项对乳酸产量有高度显著的负作用。餐厨垃圾同步糖化发酵产乳酸的优化条件为：if,．淀粉酶13．86U

6、／g，蛋白酶2．12U／g，温度29．31℃，CaC0362．67g／L，对应的乳酸产量为98．51g／L，垃圾利用率为88．75％。提高乳酸菌接种率有利于加速餐厨垃圾中可溶性碳水化合物的降解，提高a．淀粉酶的水解效率；增加CaC03投加量有助于加速还原糖降解，并促使水解与发酵平衡向水解阶段转变。(4)运用Plackett．Burman与响应曲面法组合设计分析LactobacillusplantarumBP04乳酸菌在双水相体系中的分配行为。实验结果表明LactobacillusplantarumBP04在PEG／DEX体系中为单相分配，绝大部分分配于下相与两相界面，其分●配

7、系数K不受成相聚合物分子量、浓度、电解质及pH值变化的影响。Plackett．Burman试验结果表明聚合物分子量对体积比有高度显著的负影响，而细胞浓度、电解质、静置时间及pH值无显著影响。响应曲面法结果表明聚合物浓度变化对体积比有高度显著影响，其中PEGl0000为J下线性相关，DEX20000为负的二次函数关系，而PEGl0000与DEX20000无相互影响。响应曲面法所得优化条件为：PEGl00006％、DEX2000013．85％，对应体积比最小值为0．815。摘要(5)研究了餐厨垃圾发酵时PE