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厨余垃圾厌氧发酵制备乙酸技术及应用进展

同济大学学报（自然科学版） 2024年第3期52卷 427-436页

作者：刘峰陈银广贺北平吴朝锋同济大学环境科学与工程学院上海200092 启迪环境科技发展股份有限公司北京100084 同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室上海200092

我国垃圾分类全面实施后厨余垃圾产量骤增,目前采用主流的厌氧消化工艺因沼气利用率低、产品附加值低、沼液处理成本高等问题导致项目经济效益不佳,厨余垃级资源化利用技术亟需升级。有机物厌氧发酵制备的有机酸工业用途广泛,其中乙酸... 详细信息

我国垃圾分类全面实施后厨余垃圾产量骤增,目前采用主流的厌氧消化工艺因沼气利用率低、产品附加值低、沼液处理成本高等问题导致项目经济效益不佳,厨余垃级资源化利用技术亟需升级。有机物厌氧发酵制备的有机酸工业用途广泛,其中乙酸是医药、化工等行业的基础原料或者重要中间体,近年来由于能源危机、原材料稀缺以及环境问题促使生物基乙酸需求量日益增加,厨余垃圾发酵制备乙酸为有机固废高值化利用和能源绿色低碳转型提供新出路。通过梳理厨余垃圾厌氧发酵产乙酸过程及其生物代谢机制,阐述不同参数条件对乙酸产量的影响,分析探索提高乙酸产量的方法,为厨余垃圾厌氧产乙酸实际工程应用推广提供参考。

关键词：厨余垃圾厌氧发酵乙酸

厌氧发酵时间对黄金芽绿茶γ-氨基丁酸含量及品质成分的影响

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南方农业学报 2024年第1期55卷 179-188页

作者：黄涛郜秋艳李美凤彭叶杨云沈强刘建军贵州大学茶学院贵州贵阳550025 武义县茶叶技术服务站浙江金华321200 贵州省农业科学院茶叶研究所贵州贵阳550006

【目的】研究不同厌氧发酵时间处理对黄金芽绿茶γ-氨基丁酸(GABA)含量及品质成分的影响,明确高品质高GABA含量黄金芽绿茶的最佳厌氧时间,为黄金芽绿茶的产品研发及茶叶品质提升提供理论依据。【方法】以黄金芽1芽2、3叶为原料,常规摊放... 详细信息

【目的】研究不同厌氧发酵时间处理对黄金芽绿茶γ-氨基丁酸(GABA)含量及品质成分的影响,明确高品质高GABA含量黄金芽绿茶的最佳厌氧时间,为黄金芽绿茶的产品研发及茶叶品质提升提供理论依据。【方法】以黄金芽1芽2、3叶为原料,常规摊放后,采用食品真空封口机抽真空封口包装,进行0(对照)、3、6、9、12和15 h室内常温厌氧,采用绿茶工艺制样。采用高效液相色谱仪检测茶样GABA含量,结合感官审评和品质成分检测,分析厌氧发酵时间对黄金芽绿茶GABA含量及品质成分影响的变化规律。【结果】厌氧后,制得的黄金芽绿茶GABA含量均达GABA茶标准(1.50 mg/g),其中,厌氧6 h的GABA含量最高(2.50 mg/g),是对照(0.20 mg/g)的12.5倍。厌氧6 h内,茶样感官品质正常,外形条索完整、金黄,汤色绿黄明亮,香气纯正,滋味鲜醇,叶底金黄明亮,厌氧超6 h后,感官品质下降明显,表现为外形条索完整、金黄,汤色黄、较亮,香气熟闷,滋味青涩,叶底色杂、带红梗。厌氧后,游离氨基酸含量增幅为0~9.43%,咖啡碱和水浸出物含量降幅分别为1.89%~14.83%和2.26%~6.41%,茶多酚和总黄酮含量无显著变化(P>0.05,下同),酚氨比变幅为0.16%~4.06%;儿茶素总量增幅为1.91%~7.93%,儿茶素苦涩味指数无显著变化;类黄酮总量增幅为132.15%~169.06%;氨基酸总量降幅为10.03%~27.64%。对照茶样中,以茶氨酸(The)和苯丙氨酸(Phe)含量最高,分别为1.23和0.96 mg/g;其次为天冬氨酸(Asp)和谷氨酸(Glu),含量分别为0.84和0.81 mg/g;半胱氨酸(Cys)含量最低,仅为0.04 mg/g。厌氧茶样中,以GABA和The含量最高,分别为1.60~2.50 mg/g和1.12~2.30 mg/g;其次为赖氨酸(Lys),含量为0.72~0.82 mg/g;以谷氨酰胺(Gln)、缬氨酸(Val)、Cys、异亮氨酸(Ile)和亮氨酸(Leu)含量较低,为0.02~0.05 mg/g。随着厌氧发酵时间的延长,茶样的鲜味类氨基酸含量升高,增幅为10.59%~45.29%,而芳香类、苦味类、甜味类和酸味类含量降低,降幅分别为28.79%~50.00%、51.85%~85.80%、68.72%~78.97%和82.24%~96.26%。【结论】厌氧6 h处理的茶样GABA含量最高,且综合品质佳,可作为加工黄金芽GABA绿茶的最佳厌氧发酵时间。

关键词：厌氧发酵黄金芽绿茶 γ-氨基丁酸(GABA) 品质成分

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厌氧发酵对云南小粒咖啡香气特征的影响

食品工业科技 2024年

作者：鲁翀于鑫欣胡发广付兴飞赵玉红董文江东北林业大学生命科学学院中国热带农业科学院香料饮料研究所海南省特色热带作物适宜性加工与品质控制重点实验室云南省农业科学院热带亚热带经济作物研究所

本研究以云南小粒咖啡（Coffea arabica L.）为原料，以气相色谱-质谱和电子鼻为主要研究手段，考察厌氧发酵过程中挥发性风味物质的转变，进一步通过多元统计学方法得到香气特征的变化规律。研究发现，呋喃类相对含量从46%降至31%，酸... 详细信息

本研究以云南小粒咖啡（Coffea arabica L.）为原料，以气相色谱-质谱和电子鼻为主要研究手段，考察厌氧发酵过程中挥发性风味物质的转变，进一步通过多元统计学方法得到香气特征的变化规律。研究发现，呋喃类相对含量从46%降至31%，酸类从8%增至10%、酯类由7%上升至17%。通过香气活度值（OAV）筛选筛选出42种芳香活性化合物，其中棕榈酸乙酯、2-糠醛、乙酸、5-甲基-2-糠醛、糠醇和吡啶是主要芳香化合物。在发酵0、3、7、9、11d的样品中分别检测到6、2、2、2和1种特有香气化合物。发酵明显增强了榛子、杏仁、花香的风味特征：发酵3d时具有最明显的酸味；发酵5d时花果香气更为突出；丙酸、2-乙酰基吡啶等为未发酵咖啡所特有成分，γ-丁内酯为发酵3-5d特有成分，苯乙酸乙酯为发酵11-13d的特有成分。厌氧发酵时间可用于调控云南小粒咖啡香气特征，特征性香气化合物可以作为监测厌氧发酵进程的标志物。不同发酵时间对咖啡6种香气强度产生了可区分的差异。

关键词：小粒咖啡厌氧发酵挥发性成分气相色谱-质谱法(GC-MS) 电子鼻

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纳米铁氧化物强化牛粪厌氧发酵产甲烷

农业环境科学学报 2024年第5期43卷 1163-1170页

作者：李煜叶青青瞿云山刘子墨任玉莹于莉民李欣中国农业大学工学院农业部可再生能源清洁化利用技术重点实验室北京100083

为探究金属添加剂对牛粪厌氧发酵产甲烷过程的影响,提升牛粪厌氧发酵效率,本研究以纳米铁氧化物(Iron oxide nanoparticle,INP)为典型金属添加剂,比较了添加INP的反应器和从未添加INP的对照反应器中日产甲烷量、总挥发性酸、纤维素和半... 详细信息

为探究金属添加剂对牛粪厌氧发酵产甲烷过程的影响,提升牛粪厌氧发酵效率,本研究以纳米铁氧化物(Iron oxide nanoparticle,INP)为典型金属添加剂,比较了添加INP的反应器和从未添加INP的对照反应器中日产甲烷量、总挥发性酸、纤维素和半纤维素等的变化,并进一步探究INP添加对微生物群落和关键酶活性的影响。结果显示,INP添加促进纤维素水解并有利于挥发性脂肪酸的降解,从而促进产甲烷过程。连续反应器每日添加625 mg∙L^(-1)INP时日甲烷产量达到173.4 mL∙g^(-1)∙d^(-1),比对照组提高了38.3%;即使反应器停止添加INP,与对照组相比日产甲烷量依然显著提高(P厌氧发酵产甲烷,从而提升畜禽粪污能源化利用效率。

关键词：厌氧发酵牛粪纳米铁氧化物挥发性脂肪酸宏基因组学

高固体条件下黑水添加对厨余垃圾厌氧发酵的影响

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环境工程学报 2024年第1期18卷 237-244页

作者：王辉辉王雪梅李子富靳晓辉胡亚伟黄河水利委员会黄河水利科学研究院郑州450003 河南省农村水环境治理工程技术研究中心郑州450003 北京科技大学能源与环境工程学院北京100083

为探究高固体条件下黑水添加对厨余垃圾厌氧发酵性能的影响,设置了不同黑水添加比例以及不同接种比的发酵实验。结果表明,实验初期各组均出现了快速酸化,调节pH至7.3~7.5并添加缓冲剂后,产甲烷过程逐步恢复正常;添加了黑水的混合发酵实... 详细信息

为探究高固体条件下黑水添加对厨余垃圾厌氧发酵性能的影响,设置了不同黑水添加比例以及不同接种比的发酵实验。结果表明,实验初期各组均出现了快速酸化,调节pH至7.3~7.5并添加缓冲剂后,产甲烷过程逐步恢复正常;添加了黑水的混合发酵实验组的累计甲烷产量相比厨余垃圾单独发酵实验组提升不大,而黑水的添加比例较高时,由于氨抑制作用,造成产甲烷量下降了46.7%;接种比由1下降至0.5时,混合比为3∶1和厨余垃圾单独发酵的实验组累计甲烷产量分别下降了73.2%和38.3%,平均甲烷含量分别下降了47.7%和13.0%。说明高固体、低接种比条件下,加入黑水不能有效改善厨余垃圾的厌氧发酵反应。该研究结果可为高负荷条件下厨余垃圾与黑水2种高浓度家庭有机废物流的资源化处理提供理论参考。

关键词：黑水厨余垃圾高固体厌氧发酵产甲烷效率

矿区餐厨垃圾厌氧发酵液作为污水处理厂碳源研究

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工业水处理 2024年

作者：车冬妮张利强张铭慧刘永霞李宁国能神东煤炭集团有限责任公司西安金阳远华环保科技有限公司

以神东集团柳塔矿区餐厨垃圾为例，研究了过氧化氢(H2O2)预处理对餐厨垃圾性能及厌氧发酵产酸效能的影响，并考察厌氧发酵液作为矿区污水处理厂碳源的脱氮除磷效果。结果发现H2O2预处理可有效促进餐厨垃圾中溶解性有机物的释放，同时强... 详细信息

以神东集团柳塔矿区餐厨垃圾为例，研究了过氧化氢(H2O2)预处理对餐厨垃圾性能及厌氧发酵产酸效能的影响，并考察厌氧发酵液作为矿区污水处理厂碳源的脱氮除磷效果。结果发现H2O2预处理可有效促进餐厨垃圾中溶解性有机物的释放，同时强化餐厨垃圾浆液的流动性，进而伴随着预处理后VFAs产量从10 810～18 131mg/L增大到21 000～28 000mg/L，发酵产物从丁酸转化为乙酸，预处理实现了餐厨垃圾厌氧发酵酸化效率的大幅度提升。同时，预处理后餐厨垃圾厌氧发酵液作为碳源，不会影响活性污泥中硝化菌群的功能特征，出水中 NH4+-N皆小于1 mg/L，TP保持在0.5 mg/L以下，与葡萄糖作为碳源时的污水处理效果相当，说明矿区餐厨垃圾厌氧发酵液具有良好的可利用性。

关键词：餐厨垃圾厌氧发酵有机碳源脱氮除磷

水热炭强化秸秆厌氧发酵产甲烷效能及作用机制研究

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中国环境科学 2024年

作者：耿涛赵立欣姚宗路申瑞霞于佳动罗娟中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所农业农村部华北平原农业绿色低碳重点实验室

本研究以玉米秸秆和水稻秸秆为原料在不同温度下制备水热炭，观察原料种类与制备温度对水热炭理化特性的影响并进一步探究水热炭添加对秸秆厌氧发酵产甲烷的强化作用。研究发现，相同温度条件下，玉米秸秆的碳化程度较棉花秸秆更高；同... 详细信息

本研究以玉米秸秆和水稻秸秆为原料在不同温度下制备水热炭，观察原料种类与制备温度对水热炭理化特性的影响并进一步探究水热炭添加对秸秆厌氧发酵产甲烷的强化作用。研究发现，相同温度条件下，玉米秸秆的碳化程度较棉花秸秆更高；同一原料制备的水热炭，表面O-H、C-O含氧官能团丰度随温度升高而降低，但高温有利于材料碳化程度、表面孔隙复杂度的提高与表面碳微球构筑。将不同水热炭分别添加到秸秆厌氧消化系统中，发现水热炭对秸秆厌氧消化产甲烷具有明显强化效果。其中，Y1对秸秆厌氧发酵产甲烷强化效果最佳，累积甲烷产量与最大产甲烷速率较对照组分别提高13.74%与12.06%，发酵过程中VFA降解速度较对照组明显加快且体系应对pH值变化的稳定性增强。微生物群落结构研究发现水热炭添加使秸秆厌氧发酵体系中Firmicutes、Synergistota等产酸功能菌与Methanosarcina、Methanospirillum等氢营养型产甲烷菌得到富集，这可能与水热炭表面丰富的含氧官能团有关。

关键词：农业废弃物秸秆水热炭厌氧发酵产甲烷

树脂耦合溶菌酶预处理对污泥厌氧发酵产酸的影响

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中国给水排水 2024年第5期40卷 23-28页

作者：徐雨萌卢金锁西安建筑科技大学环境与市政工程学院陕西西安710055 陕西省环境工程重点实验室陕西西安710055

缓慢的水解效率限制了剩余污泥厌氧发酵回收短链脂肪酸(SCFAs)。单独的预处理方法通常呈现出单一的有机物释放模式,导致污泥水解效率有限。通过单独树脂、溶菌酶和树脂+溶菌酶耦合实验,探究阳离子交换树脂耦合溶菌酶协同促进剩余污泥水... 详细信息

缓慢的水解效率限制了剩余污泥厌氧发酵回收短链脂肪酸(SCFAs)。单独的预处理方法通常呈现出单一的有机物释放模式,导致污泥水解效率有限。通过单独树脂、溶菌酶和树脂+溶菌酶耦合实验,探究阳离子交换树脂耦合溶菌酶协同促进剩余污泥水解从而回收SCFAs的效果。结果表明,树脂+溶菌酶处理1 d后SCOD产量增加到5824.16 mg/L,而对照、单独树脂和单独溶菌酶处理仅达到882.13~3493.52 mg/L。树脂耦合溶菌酶处理显著促进了内源性有机物的增溶,提高了其可生物降解性。这为随后的生物转化提供了丰富的底物,实现了3715.23 mg/L的SCFAs累积(以COD计),分别是对照、树脂和溶菌酶组的7.26、2.41和1.75倍。同时,发酵污泥的脱水能力经化学调理后与对照组差别不大,回收的SCFAs可以作为工程中的替代碳源使用。

关键词：剩余污泥厌氧发酵阳离子交换树脂溶菌酶短链脂肪酸

煤系页岩总有机碳含量与成熟度对厌氧发酵产甲烷性能的影响

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煤炭学报 2024年

作者：阮倩雯王乾苏现波赵伟仲高富博中原经济区煤层(页岩)气协同创新中心河南理工大学非常规天然气研究院中国地质大学资源学院河南理工大学资源环境学院

煤系页岩气是煤系气的重要组成部分，且煤系页岩具有丰富的本源微生物和微生物代谢所需的分散有机质，这使得其具有厌氧发酵产甲烷的可能性，并为煤系气开发阶段的可采资源提供补充。然而，针对煤系页岩厌氧发酵产甲烷机制的研究仍缺乏... 详细信息

煤系页岩气是煤系气的重要组成部分，且煤系页岩具有丰富的本源微生物和微生物代谢所需的分散有机质，这使得其具有厌氧发酵产甲烷的可能性，并为煤系气开发阶段的可采资源提供补充。然而，针对煤系页岩厌氧发酵产甲烷机制的研究仍缺乏，生物甲烷产出特征及其控制因素仍未清楚，限制了该方法的发展与应用。以不同地区的煤系页岩为研究对象，以煤系页岩本源菌群为实验菌群，通过厌氧发酵实验探讨其产甲烷潜力，评价总有机碳(TOC)含量、成熟度(Ro)对产甲烷效果的影响。结果表明，在本源微生物作用下煤系页岩普遍具有产甲烷能力，累计产量最高可达1.97 mL/g。煤系页岩厌氧发酵产甲烷周期一般为15天，产量变化规律与煤相似，但周期明显缩短。根据微生物降解复杂有机质的代谢模型，可将煤系页岩厌氧发酵产甲烷过程划分为水解产酸、产氢产乙酸和产甲烷三个阶段。生物甲烷产量与煤系页岩TOC含量具有明显的正相关性，尤其当TOC含量大于10%，甲烷产量显著提升。另外，生物甲烷产量与Ro呈负相关性，当Ro增大至3.78%，几乎不再产生。煤系页岩TOC含量与Ro主要在水解产酸阶段发挥影响，随TOC含量降低、Ro增大，微生物降解页岩有机质产生的氨基酸等代谢产物减少，使得产氢产乙酸和产甲烷阶段微生物代谢所需的底物浓度降低，最终生物甲烷产量减少。

关键词：煤系页岩厌氧发酵生物甲烷有机碳含量成熟度