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底物浓度和水力滞留时间对电化学厌氧消化的影响

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现代化工 2021年第7期41卷 149-152,157页

作者：刘海波龙宪钢许坤德郑金柱李建昌云南师范大学能源与环境科学学院云南昆明650500

采用电化学厌氧消化(EAD)连续发酵工艺,以乙酸钠为底物,在温度为35℃、pH为中性的条件下,考察底物质量浓度和水力滞留时间对电化学厌氧消化的影响,分析了不同条件下的产气量、气体含量、底物利用率及产甲烷转化率。结果表明,当底物质量... 详细信息

采用电化学厌氧消化(EAD)连续发酵工艺,以乙酸钠为底物,在温度为35℃、pH为中性的条件下,考察底物质量浓度和水力滞留时间对电化学厌氧消化的影响,分析了不同条件下的产气量、气体含量、底物利用率及产甲烷转化率。结果表明,当底物质量浓度从15 g/L增加到25 g/L时,甲烷体积分数先增加后减少,甲烷产率一直降低,导致电化学厌氧消化的降解效果降低。延长水力滞留时间能提高电化学厌氧消化的效果,促进底物在反应体系内的充分氧化分解,提高甲烷产率,但反应器运行效率会减小。

关键词：电化学厌氧消化(EAD) 水力滞留时间底物浓度甲烷产率

底物浓度对蛋清蛋白酶解产物组成和吸收速率影响研究

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底物浓度对蛋清蛋白酶解产物组成和吸收速率影响研究

作者：陈洪文吉林大学

学位级别：硕士

本研究隶属于吉林省科技发展计划项目《高底物浓度条件下酶解蛋清蛋白工艺研究》(20200801030GH)。蛋清蛋白是一种营养价值高且来源丰富的优质蛋白,其酶解产物蛋清肽具有更好的生物活性,且更易被人体吸收,生物利用率更高。研究发现蛋白... 详细信息

本研究隶属于吉林省科技发展计划项目《高底物浓度条件下酶解蛋清蛋白工艺研究》(20200801030GH)。蛋清蛋白是一种营养价值高且来源丰富的优质蛋白,其酶解产物蛋清肽具有更好的生物活性,且更易被人体吸收,生物利用率更高。研究发现蛋白的酶解产物(肽)的消化吸收特性与其分子量分布和组成密切相关,而酶解肽分子量与组成的变化与蛋白酶解过程有关。本论文以蛋清蛋白及水解物为研究对象,分别在胰蛋白酶和碱性蛋白酶酶解体系中探究了不同底物浓度对蛋清蛋白酶解产物的影响,测定对比了酶解产物中肽分子量及氨基酸序列组成的差别;明确在不同底物浓度下,酶解产物性质的差异。并以酶解效率更高的碱性蛋白酶体系为模型,对比了不同底物浓度下酶解产物(肽)的氨基酸吸收速率差异;在此基础上比较了合成的4条二肽的氨基酸补充速率,并筛选出补充甲硫氨酸效果最好的一条二肽,利用分子对接和动力学模拟探究了二肽与转运蛋白Pep T1之间的分子作用,进一步明确了蛋清小肽作为氨基酸快速补充剂的潜力。全文主要研究内容及结果如下:(1)探究底物浓度对胰蛋白酶酶解产物组成的影响。结果表明:2%底物浓度下的水解度(4.879±0.241%)显著高于9%浓度下的水解度(3.472±0.190%);不同底物浓度下酶解得到的肽分子量分布不同,9%浓度下得到的酶解产物中小分子肽(底物浓度下的酶解产物相比,其含量分别降低了11.98%、12.45%和16.99%。同时,不同底物浓度下酶解产物中肽数量、序列和氨基酸组成也有差别。在高(9%)、低(3%)底物浓度下分别鉴定出69条肽和72条肽,其中仅有57条肽序列是相同的。对比发现酶解肽的来源占比和N端氨基酸组成略有不同。结合酶活性和构象的测定结果,发现在不同底物浓度下(3%、5%、7%和9%)虽然酶活性没有显著差异,但蛋白酶构象些微的变化可能会影响其酶切偏好,造成酶解产物中肽序列的差异。(2)探究底物浓度对碱性蛋白酶酶解产物中肽的组成及氨基酸补充速率的影响。结果表明:不同底物浓度会导致酶解产物中肽组成发生改变,还会影响酶解产物的氨基酸补充速率。LC-MS/MS数据表明,酶解6h时,Lsc-hydrolysates中检测到45个肽段,而Hsc-hydrolysates中检测到61个肽段,两种底物浓度下的37个肽段具有一致性,其主要蛋白来源也相同。但在两种底物浓度下不同氨基酸在肽段C末端出现的频率不同,在底物浓度低时C端氨基酸为亮氨酸的比例最大,而在底物浓度高时为苯丙氨酸,说明该酶在两种底物浓度下对酶切偏好存在差异。动物实验结果表明,不同底物浓度下酶解产物的氨基酸补充速率不同。给ICR小鼠灌胃Lsc-hydrolysates后,小鼠血清中大部分氨基酸含量高于Hsc-hydrolysates组(除三种非必须氨基酸天冬氨酸、甘氨酸和谷氨酰胺外)。灌胃0.5 h时,Lsc-hydrolysates对三种必需氨基酸(甲硫氨酸、异亮氨酸和亮氨酸)的补充速率显著高于Hsc-hydrolysates。结合不同底物浓度下酶活性及构象变化情况,尝试解释了导致不同底物浓度下酶解产物存在差异的原因,这可能是由于不同底物浓度下蛋白质和肽分子在体系中的扩散速度不同,从而影响其与酶的结合和反应。(3)探究二肽的氨基酸补充速率差异及与Pep T1相互作用机制。通过给ICR小鼠分别灌胃二肽(MM、EM、KM和GM)和甲硫氨酸,考察不同组别小鼠血清中甲硫氨酸含量差异。结果表明,MM组所采集的血清中甲硫氨酸含量最高,表现出的吸收速率最快,为84.748±18.659 mg/L;EM次之,为78.257±23.378 mg/L;而KM和GM表现出较慢的吸收速率,分别为58.247±14.081 mg/L和55.003±8.960 mg/L。利用分子对接和动力学模拟考察了四种二肽与Pep T1蛋白的结合能力和分子互作机制。MM、EM、KM和GM与Pep T1蛋白之间的结合自由能分别为:MM,-5.15 kcal/mol;EM,-4.85 kcal/mol;KM,为-6.35 kcal/mol;GM,为-4.47 kcal/mol。通过分子动力学对二肽与Pep T1复合物进行分析,发现MM和EM与Pep T1蛋白之间形成稳定复合物的速度更快,结合过程中容易形成稳定氢键。分子对接结果和分子动力学模拟结果表明MM的转运过程中,与Pep T1蛋白的Arg25,Tyr29,Tyr291,Asn329和Glu402残基间有较强的氢键作用,EM分别与Pep T1蛋白的Ala341、Ala358、Lys359、Phe360、Leu404和Ser406残基间形成稳定氢键。

关键词：酶解底物浓度水解机制肽分子量分布氨基酸补充转运

底物浓度对玉米秸秆乙醇发酵及残渣甲烷发酵的影响

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环境工程学报 2019年第1期13卷 186-194页

作者：冯磊王宁寇巍邵丽杰沈阳航空航天大学辽宁省清洁能源实验室沈阳110136 辽宁省能源研究所营口115003

为研究底物浓度对玉米秸秆乙醇发酵过程中乙醇产率和乙醇发酵剩余残渣厌氧发酵产气特性的影响,在中温(37±0.2)℃条件下,利用实验室自制小型厌氧发酵装置,在底物浓度为2%、3%、4%和5%下开展周期为50 d的序批式厌氧发酵实验,探索不同底... 详细信息

为研究底物浓度对玉米秸秆乙醇发酵过程中乙醇产率和乙醇发酵剩余残渣厌氧发酵产气特性的影响,在中温(37±0.2)℃条件下,利用实验室自制小型厌氧发酵装置,在底物浓度为2%、3%、4%和5%下开展周期为50 d的序批式厌氧发酵实验,探索不同底物浓度下玉米秸秆发酵乙醇产率和乙醇发酵剩余残渣厌氧发酵产气特性。结果表明:底物浓度对玉米秸秆乙醇发酵影响显著,当底物浓度为3%时,玉米秸秆厌氧发酵乙醇产量最大,达到39.04 g;底物浓度过低或过高均不适合后期厌氧发酵产甲烷的进行,当底物浓度为3%时,玉米秸秆乙醇发酵残渣表面纤维结构被破坏最明显,残渣厌氧发酵产甲烷实验最早在3 d出现产气峰值,挥发性固体单位甲烷产量为26.82 mL·g^(-1),并且累积产气量最高,挥发性固体单位累积甲烷产量达到270.01 mL·g^(-1),玉米秸秆乙醇发酵残渣还有较高的产气潜能;通过质量平衡分析得到,底物浓度为3%时,玉米秸秆生物转化过程中TS和VS去除率最高,分别为59.12%和79.07%。该研究可为玉米秸秆乙醇发酵工程提供参考。

关键词：厌氧发酵底物浓度农林废弃物乙醇发酵残渣甲烷发酵

底物浓度对反硝化MBBR处理反渗透浓水脱氮效能及脱氮基因的影响

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环境工程技术学报 2019年第4期9卷 375-383页

作者：李莉闫国凯王海燕凌宇赵远哲王欢中国环境科学研究院环境污染控制技术工程研究中心北京100012 环境基准与风险评估国家重点实验室中国环境科学研究院北京100012

针对污水处理厂生产高品质再生水过程中低压反渗透单元(DFRO)产生的反渗透浓水中TN浓度高和 NOx^--N (NO3^--N+NO2^--N)占比高的问题,采用反硝化MBBR处理实际反渗透浓水,研究不同底物浓度下反硝化MBBR的脱氮效能和反硝化基因拷贝数的变... 详细信息

针对污水处理厂生产高品质再生水过程中低压反渗透单元(DFRO)产生的反渗透浓水中TN浓度高和 NOx^--N (NO3^--N+NO2^--N)占比高的问题,采用反硝化MBBR处理实际反渗透浓水,研究不同底物浓度下反硝化MBBR的脱氮效能和反硝化基因拷贝数的变化。结果表明:进水NO3^--N浓度为(8.70±6.34)^(24.23±8.69)mg L,TN浓度为(28.43±5.69)^(44.10±7.37)mg L时,随着浓度的升高NO3^--N和TN去除率保持平稳,但NO3^--N和TN去除速率上升,NO2^--N去除率和去除速率下降。进水NO2^--N浓度为(10.94±8.51)^(20.94±5.78)mg L时,随着浓度的升高,NO3^--N和TN去除率及去除速率降低,NO2^--N去除率及去除速率上升。反硝化MBBR填料生物膜主要由球菌、杆菌和少量丝状菌组成;填料生物膜和底泥中各脱氮基因拷贝数随NO3^--N和TN浓度增加而增大, nirK 、 nirS 和 Anammox 等基因拷贝数也随NO2^--N浓度增加而增大。

关键词：反渗透浓水反硝化MBBR 底物浓度脱氮基因 NO2^--N积累

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底物浓度对餐厨垃圾厌氧消化的影响

食品与发酵工业 2016年第4期42卷 57-62页

作者：姜立张成明韩娅新陈雪兰李十中清华大学核能与新能源研究院北京100084 北京市生物燃料工程技术研究中心北京100084 中美生物燃料联合研究中心北京100084

在中温（37℃）及固定接种比[菌泥∶餐厨=2∶1（挥发性固体质量比,VS）]条件下,考察了底物浓度（6%、9%、12%）对餐厨垃圾厌氧消化的影响。结果表明,底物浓度对累积甲烷产量、底物甲烷得率和容积产气率影响不同。随着底物浓度增加,累积... 详细信息

在中温（37℃）及固定接种比[菌泥∶餐厨=2∶1（挥发性固体质量比,VS）]条件下,考察了底物浓度（6%、9%、12%）对餐厨垃圾厌氧消化的影响。结果表明,底物浓度对累积甲烷产量、底物甲烷得率和容积产气率影响不同。随着底物浓度增加,累积甲烷产量逐渐增加,甲烷得率逐渐降低,容积产气率先增大后减小,相应的最大值及底物浓度分别为3 062 mL（总固体12%）、479 mL CH4/g挥发性固体（总固体6%）和730 mL CH4/（L·d）（总固体9%）。厌氧消化结束后,体系固形物去除率为19.24%-20.20%,挥发性固形物去除率为31.08%-32.63%。发酵结束后,消化液化学需氧量（COD）、碱度和氨氮浓度均随着底物浓度增加而增加,最大值分别为2 344 mg/L、7232 mg CaCO3/L和1 340 mg/L。采用Modified Gompertz模型对餐厨垃圾厌氧消化过程进行拟合,结果表明,总固体为6%时Mmax和Rmax最高,分别为486 mL/g和60.58 mL/（g·d）。

关键词：餐厨垃圾厌氧消化底物浓度动力学

底物浓度影响微生物燃料电池性能和生物生长的模拟研究

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环境工程学报 2013年第1期7卷 137-142页

作者：唐玉兰王娇赵景涛于燕孙一傅金祥沈阳建筑大学市政与环境工程学院沈阳110168

建立了含有悬浮微生物、电极上生物量、可溶性化学底物和中介体的微生物燃料电池(MFC)数学模型。通过底物降解、生物增长和电流产生过程的模拟,考察了生物量和底物随时间的变化规律,底物质量浓度对生物量、底物降解和电流的影响。结果表... 详细信息

建立了含有悬浮微生物、电极上生物量、可溶性化学底物和中介体的微生物燃料电池(MFC)数学模型。通过底物降解、生物增长和电流产生过程的模拟,考察了生物量和底物随时间的变化规律,底物质量浓度对生物量、底物降解和电流的影响。结果表明,当溶液中初始微生物量很少时,随着MFC反应的进行,生物主要富集在电极上,溶液中生物生长缓慢;MFC中的生物生长经历延滞期、对数期和平稳期,底物分解经历缓慢、快速和消耗殆尽3个阶段。底物质量浓度小于等于250 mg/L时,生物延滞期时间、底物缓慢分解阶段时间、生物生长到达平稳时间、底物消耗殆尽的时间和电流到达最大值所需的时间随着底物质量浓度的增加而缩短。底物质量浓度大于250 mg/L时,生物延滞期时间、底物缓慢分解阶段时间、生物生长到达平稳时间、底物消耗殆尽的时间和电流到达最大值所需的时间随着底物质量浓度的增加而增加。

关键词：微生物燃料电池模拟电流底物浓度生物量

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底物浓度对微生物电解池阳极膜形成影响

环境科学与技术 2018年第11期41卷 27-32页

作者：孙和临李建昌邵琼丽郑金柱云南师范大学太阳能研究所云南昆明650500

通过改变乙酸底物浓度(10、15、20、25 g/L)在35℃培养温度下运行单室微生物电解池(MEC),研究底物浓度对形成阳极生物膜影响。分析了不同条件下MEC阳极产电效果、氢气产率以及进一步的膜生物量。结果表明,在阳极膜形成过程中,随着底物... 详细信息

通过改变乙酸底物浓度(10、15、20、25 g/L)在35℃培养温度下运行单室微生物电解池(MEC),研究底物浓度对形成阳极生物膜影响。分析了不同条件下MEC阳极产电效果、氢气产率以及进一步的膜生物量。结果表明,在阳极膜形成过程中,随着底物浓度增加,电流先增高随后有所下降;产氢特性试验中,底物浓度在15~25 g/L范围内形成MEC阳极膜都具有产氢能力,但随浓度升高,氢气产率下降;循环伏安法测试阳极膜电化学活性得出产电效果与循环伏安图中氧化峰值电流呈正相关;对比膜生物量测定,产电和产氢效果最好的15 g/L实验组阳极膜微生物含量达4.04×10~6/mL,并且阳极膜磷含量与循环伏安氧化峰值电流正相关性。综上,底物浓度在15~20 g/L范围内有利于快速高效形成具有产氢能力的MEC阳极膜,为MEC阳极膜培养提供参考。

关键词：底物浓度 MEC阳极膜电活性微生物产氢

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底物浓度和缓冲液浓度对MFC性能影响研究

环境科学与技术 2015年第2期38卷 48-51页

作者：刘春梅刘磊徐斌刘建新河南科技大学车辆与交通工程学院河南洛阳471003 中色科技股份有限公司河南洛阳471001

实验研究了阳极室进口底物浓度和缓冲溶液浓度对碳刷阳极微生物燃料电池产电性能的影响,并利用循环伏安法考察了不同条件下阳极生物膜的电化学活性。结果表明,电池的功率密度随进口底物浓度的增加而增大;在进口底物浓度为500 mg COD/L时... 详细信息

实验研究了阳极室进口底物浓度和缓冲溶液浓度对碳刷阳极微生物燃料电池产电性能的影响,并利用循环伏安法考察了不同条件下阳极生物膜的电化学活性。结果表明,电池的功率密度随进口底物浓度的增加而增大;在进口底物浓度为500 mg COD/L时,其达到饱和。随着缓冲液浓度的增加,电池的功率密度增大,这是由于缓冲液不仅维持了阳极室及阳极生物膜的p H,而且增强了阳极电解液的离子强度。循环伏安测试结果进一步证实了不同条件下电池的产电性能。

关键词：微生物燃料电池底物浓度缓冲液浓度循环伏安法电化学活性

进水底物浓度对蔗糖废水产酸合成PHA影响研究

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环境科学 2013年第6期34卷 2295-2301页

作者：陈志强邓毅黄龙温沁雪郭子瑞哈尔滨工业大学城市水资源与水环境国家重点实验室哈尔滨150090 浙江大学建筑设计研究院杭州310027

混合菌群合成生物可降解塑料(PHA)成为目前研究的热点,三段式PHA合成工艺(水解产酸、产PHA菌富集、PHA合成)被广泛应用.在三段式工艺中,产PHA菌的富集非常关键,只有稳定产生PHA菌才能保障PHA合成的产量.针对产PHA菌富集系统容易出现污... 详细信息

混合菌群合成生物可降解塑料(PHA)成为目前研究的热点,三段式PHA合成工艺(水解产酸、产PHA菌富集、PHA合成)被广泛应用.在三段式工艺中,产PHA菌的富集非常关键,只有稳定产生PHA菌才能保障PHA合成的产量.针对产PHA菌富集系统容易出现污泥膨胀的问题,本研究考察了进水底物浓度对产PHA菌富集效率及运行稳定性的影响.在560mg·L-1、1 120 mg·L-1、1 680 mg·L-1这3组不同进水底物浓度的对比实验中,证实了COD 1 120 mg·L-1条件下富集反应器能够在较短污泥龄下稳定富集具有较高污泥浓度的高效产PHA菌,且不会发生污泥膨胀.在94 d的富集期后其批次实验最大PHA含量、PHA转化率(COD/COD)及PHA比合成速率能分别达到50%、0.714 5及0.191 2 mg·(mg·h)-1.研究还同时证实细胞内糖原水平高低与其PHA合成能力密切相关,可采用其作为富集效果的重要检测指标之一.

关键词： PHA 混合菌群污泥膨胀底物浓度糖原