接種菌劑對(duì)稻秸好氧厭氧兩相發(fā)酵產(chǎn)氣影響

李文哲，丁清華，羅立娜，范金霞，李鵬飛，王金秋

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)大學(xué)工程學(xué)院，哈爾濱 150030）

接種菌劑對(duì)稻秸好氧厭氧兩相發(fā)酵產(chǎn)氣影響

李文哲，丁清華，羅立娜，范金霞，李鵬飛，王金秋

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)大學(xué)工程學(xué)院，哈爾濱 150030）

為提高水稻秸稈在好氧厭氧兩相發(fā)酵工藝中降解率，采用好氧水解階段添加不同菌劑方法提高好氧產(chǎn)酸相纖維素降解率。結(jié)果表明，各處理組中木霉和黑曲霉混菌組較單一菌種組纖維素和半纖維素降解率更高，水解效果更好。其中木霉黑曲霉混菌曝氣組，總酶活最高，纖維素和半纖維素降解效果最好，累積產(chǎn)甲烷量最高，TS產(chǎn)氣量最高達(dá)到438.57 mL·g-1。由此可見(jiàn)，木霉、黑曲霉混菌并同時(shí)曝氣供氣方式能顯著提高水稻秸稈固體有機(jī)物降解利用率，促進(jìn)秸稈生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為沼氣。

木霉；黑曲霉；纖維素降解；酶活；產(chǎn)氣特性

李文哲,丁清華,羅立娜,等.接種菌劑對(duì)稻秸好氧厭氧兩相發(fā)酵產(chǎn)氣影響[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2016,47(5):98-105.

Li Wenzhe,Ding Qinghua,Luo Lina,et al.Effect of microbial inoculants on combined aerobic and anaerobic two-phase fermentation of rice straw for biogas production[J].Journal of Northeast Agricultural University,2016,47(5):98-105.(in Chinese with English abstract)

我國(guó)作為農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)業(yè)廢棄物量日益增加，其中水稻秸稈約占24%，大部分被廢棄或者焚燒，給環(huán)境造成嚴(yán)重影響[1]。水稻秸稈作為植物光合作用產(chǎn)物[2]，含有蛋白質(zhì)、脂肪、纖維素、半纖維素、木質(zhì)素及灰分等物質(zhì)，是寶貴可再生資源，發(fā)酵沼氣可解決能源和環(huán)境雙重問(wèn)題，受到廣泛關(guān)注。但水稻秸稈中木質(zhì)素含量較高，對(duì)纖維素形成強(qiáng)烈屏障作用[3-5]，阻礙水稻秸稈厭氧發(fā)酵。研究表明木質(zhì)素最初裂解需分子氧存在[6-7]，因此好氧水解和厭氧產(chǎn)甲烷兩相結(jié)合發(fā)酵方式可提高水稻秸稈產(chǎn)沼氣量。可采用物理法、化學(xué)法和生物法等打破木質(zhì)素屏障提高好氧水解階段木質(zhì)纖維素降解率。但物理法能耗大，設(shè)備成本高[8-13]；化學(xué)法易造成二次污染[14-15]；生物法環(huán)保無(wú)污染、成本低、使用條件溫和[16]。目前國(guó)內(nèi)外主要利用純培養(yǎng)單菌或復(fù)合菌群對(duì)秸稈預(yù)處理。楊玉楠等利用白腐菌中典型菌種黃孢原毛平革菌（Phanerochaete Chrysosporium）生物預(yù)處理稻草，結(jié)果表明室溫下白腐菌預(yù)處理20 d、厭氧發(fā)酵15 d，甲烷轉(zhuǎn)化率為47.63%，繼續(xù)發(fā)酵至30 d，甲烷轉(zhuǎn)化率高達(dá)58.74%[17]；王偉東等利用復(fù)合菌系BYND-8在30℃對(duì)稻草秸稈預(yù)處理10 d，結(jié)果表明預(yù)處理后秸稈厭氧發(fā)酵累積產(chǎn)氣量提高44.5%，產(chǎn)氣高峰提前8 d[18]；王宏勛等研究白腐菌株CD1對(duì)稻草秸稈中木質(zhì)纖維素降解規(guī)律，結(jié)果表明，降解特性良好，對(duì)木質(zhì)素降解率可達(dá)到65%以上[19]。VMehta等發(fā)現(xiàn)，經(jīng)P.florida轉(zhuǎn)化后稻草基質(zhì)用于沼氣發(fā)酵生產(chǎn)時(shí)，纖維素酶釋放能力提高4.3倍[20]。

1 材料與方法

1.1 材料

水稻秸稈取自東北農(nóng)業(yè)大學(xué)香坊實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)基地，風(fēng)干后將水稻秸稈剪成2～3 cm小段，取樣測(cè)定基本指標(biāo)，剩余部分待用。接種物取自實(shí)驗(yàn)室沼氣發(fā)酵中試系統(tǒng)厭氧發(fā)酵后沼液。木霉和黑曲霉均來(lái)自東北農(nóng)業(yè)大學(xué)沼氣發(fā)酵實(shí)驗(yàn)室。黑曲霉和木霉所用為PDA培養(yǎng)基。原料和接種物基本特性如表1所示。

1.2 方法

試驗(yàn)采用有效容積2 500 mL廣口瓶為反應(yīng)容器，試驗(yàn)溫度為中溫37℃，排水法收集產(chǎn)生氣體測(cè)量氣體體積，集氣袋采集氣體，測(cè)量氣體成分。

試驗(yàn)分為曝氣組、攪拌組、對(duì)照組3組，其中每組包括3個(gè)處理組即添加木霉、添加黑曲霉、添加木霉和黑曲霉混菌處理組，每處理組設(shè)2個(gè)平行。每處理組菌種添加量為好氧水解樣品總質(zhì)量1%，即每處理組加入13 mL處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期菌懸液，木霉和黑曲霉混菌按質(zhì)量比1 ? 1添加。試驗(yàn)過(guò)程中，曝氣頻率為2 min·h-1，攪拌頻率為2 min·h-1，對(duì)照組敞口，無(wú)額外供氣。好氧水解階段按照總TS為10%配料，每4 h監(jiān)測(cè)一次pH。水解24 h后厭氧發(fā)酵，添加沼液調(diào)節(jié)TS為8%，每天2次手動(dòng)搖勻發(fā)酵液，每24 h測(cè)1次氣體產(chǎn)量和成分，直至試驗(yàn)結(jié)束。試驗(yàn)方案如表2所示。本文所得數(shù)據(jù)均為扣除沼液空白組數(shù)據(jù)。

表1 原料和接種物基本特性Table 1Basic properties of fermentation raw materials

1.3 指標(biāo)測(cè)定

TS采用（105±5）℃烘箱恒溫干燥法測(cè)量；VS采用550～600℃馬弗爐灼燒法測(cè)定；pH采用上海雷磁酸度計(jì)測(cè)定；總氮測(cè)定將樣品經(jīng)380℃，2 h消解后采用Kjeltec2300凱式定氮儀測(cè)定；氨氮測(cè)定直接將液樣離心后去5 mL上清液，用Kjeltec 2300凱式定氮儀測(cè)定；氣體成分采用安捷倫6890型氣相色譜測(cè)定，柱型號(hào)TDX-01，柱溫150℃，總流量40.0 mL·min-1，運(yùn)行時(shí)間2 min，TCD檢測(cè)器，溫度為220℃，氮?dú)鉃槲泊禋?，氬氣為載氣，進(jìn)樣口溫度為室溫，外標(biāo)法測(cè)定氣體成分及含量，標(biāo)準(zhǔn)曲線包含5個(gè)濃度甲烷含量，范圍為9.85%～80.3%；纖維素、半纖維素、木質(zhì)素采用ANKOM 200i半自動(dòng)纖維分析儀測(cè)定。

表2 試驗(yàn)方案Table 2Experiment scheme

酶活測(cè)定方法：發(fā)酵液5 000 r·min-1，離心5 min后，取上清液，得到粗酶液。分別以1%羧甲基纖維素鈉、1%微晶纖維素、1%水楊苷、1%木聚糖、50 mg濾紙為底物，測(cè)定纖維素內(nèi)切酶、外切酶、β-糖苷酶、半纖維素酶和總纖維素酶活性[21]。用檸檬酸緩沖液稀釋酶液，于50℃下反應(yīng)30 min（測(cè)濾紙酶活反應(yīng)1 h），加3 mL 3，5-二硝基水楊酸，煮沸5 min，紫外分光光度計(jì)540 nm波長(zhǎng)下測(cè)定吸光值并計(jì)算酶活。以每分鐘催化水解產(chǎn)生1 μg葡萄糖所需酶量為1個(gè)酶活力單位（U）[22]。

The mRNA level of HMGB1 in the myocardium of the baseline group was positively correlated with the expression of TLR-4,RAGE,and NF-κB(r=0.904,P ＜0.000;R=0.952,P＜0.000;r=0.909,P=0.002,respectively,Figure 5).

2 結(jié)果與分析

2.1 各處理組pH變化

圖1為各處理組在好氧水解階段pH變化圖。好氧水解階段微生物首先分泌胞外酶，像淀粉酶、脂肪酶、蛋白酶等酶類，將料液中易降解成分，降解成還原糖、可溶性酸、多肽、氨基酸等可被微生物直接利用小分子可溶性物質(zhì)，例如纖維素被分解成纖維二糖、葡萄糖，蛋白質(zhì)被水解為短肽與氨基酸，淀粉被淀粉酶分解為麥芽糖和葡萄糖。隨好氧水解反應(yīng)，料液中微生物濃度增高，對(duì)料液降解速度增加，這個(gè)過(guò)程中由于有機(jī)酸、還原糖等小分子可溶性物質(zhì)大量產(chǎn)生，而在好氧過(guò)程中因?yàn)楫a(chǎn)甲烷菌是嚴(yán)格厭氧菌，其活性被抑制，對(duì)產(chǎn)生有機(jī)酸、還原糖等物質(zhì)無(wú)法利用，有機(jī)酸和還原糖僅有少量被好氧微生物合成自身細(xì)胞結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致有機(jī)酸積累，pH急劇下降，但該過(guò)程一般需要幾個(gè)小時(shí)，造成前8 h pH急劇降低。但前4 h G、H、I三組pH下降較其他組迅速，因其他組均采用額外供氣方式，體系中溶氧充足，促進(jìn)好氧微生物生長(zhǎng)繁殖，使好氧微生物在前4 h處于高速繁殖期，消耗料液中部分可溶性物質(zhì)。8 h后料液pH回升，因此時(shí)料液中易降解成分耗盡，同時(shí)前期水解酸化產(chǎn)物大量積累，抑制好氧微生物生長(zhǎng)繁殖，導(dǎo)致水解酸化速率降低，而為降低酸抑制作用，微生物開(kāi)啟調(diào)節(jié)模式，產(chǎn)生氨類物質(zhì)。在此階段好氧微生物主要對(duì)木質(zhì)素網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)包裹纏繞難降解纖維素、半纖維素成分開(kāi)始侵蝕，通過(guò)分子氧和胞外酶氧化分解木質(zhì)素形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增加其通透性。20 h后各處理組pH又出現(xiàn)下降趨勢(shì)，因?yàn)殡S水解反應(yīng)，木質(zhì)素所形成屏障逐漸被破壞，通透性增加，纖維素、半纖維素以及其他被包裹大分子物質(zhì)與胞外酶接觸面積增大，降解速率增加。C組即曝氣供氣木霉和黑曲霉混菌組pH在16 h后顯著高于其他組，可能與微生物繁殖速率和活性有關(guān)。

2.2 各處理組酶活變化

不同菌種產(chǎn)生各種纖維素酶能力不同，而纖維素酶還是一種誘導(dǎo)酶，不同生長(zhǎng)環(huán)境會(huì)極大影響各種纖維素酶產(chǎn)生和降解纖維素活性，影響纖維素降解率。因此，對(duì)好氧水解結(jié)束時(shí)各處理組五種酶進(jìn)行活力測(cè)定。圖2為各處理組五種不同酶活性圖，就內(nèi)切酶和β-糖苷酶來(lái)看，C組酶活性最高，而A、E兩組酶活性較低，其他各組相差不大。從外切酶活性來(lái)看，B組酶活性最高，C組次之，E組最低。作為衡量總纖維素酶活力濾紙酶活，C組活性最高。因此，即采用曝氣供氣方式纖維素酶活性最高，添加木霉和黑曲霉混菌組。說(shuō)明曝氣供氧方式能夠提高木霉和黑曲霉混菌產(chǎn)纖維素酶能力，木霉和黑曲霉在曝氣供氧時(shí)可以協(xié)同生長(zhǎng)。這可能與曝氣供氣供氧較充分有關(guān)。C組外切酶活、內(nèi)切酶活、β-糖苷酶、濾紙酶活分別為37.18、73.33、58.94和45.79 U，由此可見(jiàn)濾紙酶活并非各酶活簡(jiǎn)單相加，是各種酶協(xié)同作用結(jié)果。圖2中最上部代表半纖維素酶活曲線，酶活性較高，均在140 U以上，其中B組、C組、E組和F組半纖維素酶活性顯著高于其他組，可能與黑曲霉添加有關(guān)。

2.3 各處理組纖維素含量變化

圖3為好氧水解結(jié)束后各試驗(yàn)組纖維素和半纖維素含量圖，由圖可知半纖維素含量均在20%以下，原稻秸半纖維素含量為30%。說(shuō)明在水解階段半纖維素降解明顯。C組半纖維素含量最低，說(shuō)明在好氧水解過(guò)程C組半纖維素被降解最多。這與圖2中C組半纖維酶活性較高相互應(yīng)。通過(guò)圖中纖維素含量圖柱高度可以看出各處理組經(jīng)過(guò)好氧水解階段后纖維素含量均在26%以下，其中C組含量最低約21%，而原稻秸纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35.72%，其含量降低約15%，說(shuō)明曝氣供氣混菌組對(duì)纖維素降解效果較好。與C組全纖維素酶活性最高相一致。因此采取曝氣供氣方式以木霉和黑曲霉混合菌進(jìn)行稻秸好氧水解發(fā)酵有利于半纖維素和纖維素降解。

圖1 各處理組pH變化Fig.1pH of each treatment group

圖2 各處理組五種酶活性Fig.2Five enzyme activity curves of each treatment group

2.4 各處理組日產(chǎn)氣量變化

沼氣是秸稈厭氧發(fā)酵終產(chǎn)物之一，因此日產(chǎn)氣量是衡量秸稈厭氧發(fā)酵效果重要參數(shù)之一。圖4為各處理組日產(chǎn)氣量圖。由圖可見(jiàn)各處理組日產(chǎn)氣量趨勢(shì)基本相同，均是在厭氧發(fā)酵第三天達(dá)到峰值，其中C組和F組達(dá)到峰值時(shí)日產(chǎn)氣量最高。這可能與C組和F組好氧水解階段半纖維素降解量較高有關(guān)。到產(chǎn)氣中期時(shí)保持平穩(wěn)，其中C組和F組在產(chǎn)氣中期出現(xiàn)產(chǎn)氣小高峰時(shí)間較其他組滯后，但產(chǎn)氣量顯著高于其他組，這可能是由于C組和F組纖維素、半纖維素降解量高于其他各組，好氧水解效果較好。因此，木霉和黑曲霉混菌更有利于產(chǎn)甲烷發(fā)酵。在產(chǎn)氣后期由于產(chǎn)氣量較少，選擇3 d測(cè)一次氣體產(chǎn)量，各組又出現(xiàn)新產(chǎn)氣小高峰，原因可能是經(jīng)過(guò)好氧階段木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)松散，更易被厭氧菌降解利用。各試驗(yàn)組日產(chǎn)氣量比較來(lái)，C組日產(chǎn)氣量最高，其次是F組，而H組最低，其中C組和F組均是木霉和黑曲霉混合菌組，只是采取供氣方式不同，說(shuō)明木霉和黑曲霉在外界供氧條件下兩種菌未產(chǎn)生抑制作用，可以提高日產(chǎn)氣量。C組顯著高于F組，說(shuō)明曝氣供氣方式更有利于木霉和黑曲霉混合菌生長(zhǎng)。由圖4可知，B組和E組日產(chǎn)氣量?jī)H次于C組和F組，即在好氧厭氧發(fā)酵工藝中黑曲霉較木霉有利于提高厭氧發(fā)酵日產(chǎn)氣量。

圖3 各處理組纖維素半纖維素含量Fig.3Cellulose and hemicellulose contents of all treatment groups

圖4 各處理組日產(chǎn)氣量Fig.4Daily biogas production of all pretreatments

2.5各處理組甲烷含量變化

甲烷含量高低決定生物氣品味，圖5為各處理組甲烷含量圖。由圖可見(jiàn)在厭氧發(fā)酵前4 d甲烷含量迅速升高，是因?yàn)樵诎l(fā)酵前期體系經(jīng)過(guò)好氧水解過(guò)程后，易被產(chǎn)甲烷菌利用小分子物質(zhì)充足，產(chǎn)甲烷菌活性很強(qiáng)，直到厭氧發(fā)酵反應(yīng)中期，體系中仍保持較高甲烷含量，并保持平穩(wěn)；到產(chǎn)氣發(fā)酵后期甲烷含量開(kāi)始下降，甲烷含量仍保持在50%以上，說(shuō)明產(chǎn)甲烷微生物活性較高。在各處理組中，C組甲烷含量仍保持在較高水平，甲烷含量最高達(dá)到70%以上，說(shuō)明木霉黑曲霉混菌采用曝氣供氣水解效果較好，有利于厭氧產(chǎn)甲烷發(fā)酵，因曝氣供氣方式供氧量充足，促進(jìn)木質(zhì)纖維素網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)破壞，降低產(chǎn)甲烷菌對(duì)纖維素利用難度，增強(qiáng)產(chǎn)甲烷菌活性。

圖5 各處理組甲烷質(zhì)量分?jǐn)?shù)Fig.5Methane concentrations of all treatments

2.6 各處理組累積產(chǎn)甲烷量

圖6為各處理組累積產(chǎn)甲烷量圖，累積產(chǎn)甲烷量是產(chǎn)氣量和甲烷含量綜合結(jié)果，是衡量厭氧發(fā)酵體系綜合指標(biāo)。由圖可見(jiàn)C組和F組累積產(chǎn)甲烷量顯著高于其他組，說(shuō)明C組和F組體系厭氧發(fā)酵效果較好。累積產(chǎn)甲烷量最高是C組，即木霉和黑曲霉混菌采用曝氣供氣方式處理組。出現(xiàn)該結(jié)果主要原因是C組在水解階段木霉和黑曲霉產(chǎn)生協(xié)同作用，活性較高，酶活力強(qiáng)，纖維素、半纖維素降解較多，木質(zhì)素包裹作用減弱，促進(jìn)厭氧發(fā)酵，使氣體產(chǎn)量增加，同時(shí)，經(jīng)過(guò)好氧水解后，木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)松散，易于被產(chǎn)甲烷菌利用，使甲烷含量增加。而F組累積產(chǎn)甲烷量也較高，并且I組累積產(chǎn)甲烷量比G組和H組高，說(shuō)明在好氧水解階段添加木霉和黑曲霉混合菌對(duì)厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣品質(zhì)改善效果較單一菌種更好。通過(guò)圖6還可見(jiàn)在反應(yīng)前期各處理組累積產(chǎn)甲烷量增速均較快，主要是因?yàn)榉磻?yīng)前期料液中易降解有機(jī)質(zhì)豐富，產(chǎn)氣量高，第7天各處理組累積產(chǎn)甲烷量增長(zhǎng)速度減緩，各組間累積產(chǎn)甲烷量出現(xiàn)明顯差距，水解階段微生物作用效果逐漸體現(xiàn)。

圖6 各處理組累積產(chǎn)甲烷量Fig.6Cumulative methane production of all treatments

2.7各處理組TS產(chǎn)氣量

TS產(chǎn)氣量代表單位干物質(zhì)產(chǎn)沼氣量，反映有機(jī)物降解利用率，其值越大，有機(jī)物降解利用率越高，是綜合衡量發(fā)酵體系厭氧發(fā)酵性能指標(biāo)。圖7為各處理組TS產(chǎn)氣量。由圖可知TS產(chǎn)氣量最高是C組，即木霉和黑曲霉混菌曝氣供氣方式組最高，達(dá)到438.57mL·g-1，與前面纖維素和半纖維素降解量相一致。由圖7可知，A、B兩組TS產(chǎn)氣量相近，D、E兩組以及G、H兩組TS產(chǎn)氣量也均相近，但增均顯著低于C組木霉和黑曲霉混菌組，說(shuō)明木霉和黑曲霉單一菌種對(duì)提高纖維素降解率相差不大，混菌較單一菌對(duì)提高水稻秸稈降解利用效果更好，可能是因?yàn)槟久购秃谇够旌咸砑?，相互促進(jìn)生長(zhǎng)，產(chǎn)生協(xié)同作用?；炀鶩組即攪拌供氣方式混菌組其TS產(chǎn)氣量較C組稍低，由于木霉和黑曲霉混菌對(duì)氧氣需求量較高，攪拌組供氧量較低，好氧水解階段兼性厭氧菌增加，增加厭氧發(fā)酵階段兼性厭氧菌數(shù)量，影響產(chǎn)甲烷菌活性。

圖7 各處理組TS產(chǎn)氣量Fig.7Biogas yield of TS in each treatments

3 討論

水稻秸稈作為植物光合作用產(chǎn)物，富含有機(jī)質(zhì)，具備可再生性，是良好生物質(zhì)資源，但高含量木質(zhì)素制約其厭氧發(fā)酵制沼氣工藝發(fā)展。水稻秸稈中纖維素、半纖維素和木質(zhì)素均為可再生有機(jī)物，但木質(zhì)素因結(jié)構(gòu)中含各種生物學(xué)穩(wěn)定復(fù)雜鍵型和不易被水解重復(fù)單元[23]，使木質(zhì)素對(duì)厭氧發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生酶形成抗性，成為不易降解有機(jī)物。微纖維形成過(guò)程中，木質(zhì)素和半纖維素作為填充劑和粘合劑與纖維素相互交織，形成一層物理屏障，導(dǎo)致任何一類成分降解必然受到其他成分制約，主要表現(xiàn)在木質(zhì)素對(duì)纖維素酶和半纖維素酶降解秸稈中碳水化合物空間阻礙作用[24]，水稻秸厭氧發(fā)酵過(guò)程緩慢，產(chǎn)氣率低。木質(zhì)素對(duì)微生物抵抗作用主要包括酚基團(tuán)氧化性、單體結(jié)構(gòu)單元之間連接次序、細(xì)胞壁物化狀態(tài)以及木質(zhì)素網(wǎng)絡(luò)膠狀超級(jí)結(jié)構(gòu)[25-26]。因此提高水稻秸稈厭氧發(fā)酵纖維素利用率關(guān)鍵是降低木質(zhì)素對(duì)微生物抵抗作用。

通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)分子氧能促進(jìn)木質(zhì)素最初裂解，因此學(xué)者多采用好氧方式促進(jìn)木質(zhì)素裂解，降低木質(zhì)素對(duì)微生物抵抗作用。好氧方式提高木質(zhì)素降解率研究主要集中在干法好氧堆漚方面，濕法好氧發(fā)酵處理秸稈領(lǐng)域鮮有研究，并且好氧微生物繁殖速率遠(yuǎn)大于厭氧微生物，因此本文采用添加好氧微生物濕法好氧處理方式進(jìn)行水解產(chǎn)酸發(fā)酵，采用濕法厭氧發(fā)酵方式進(jìn)行產(chǎn)甲烷發(fā)酵。通過(guò)分子氧破壞木質(zhì)素分子結(jié)構(gòu)，減少木質(zhì)素空間阻礙作用，添加木霉和黑曲霉增加纖維素酶產(chǎn)量，提高纖維素降解率，提升厭氧發(fā)酵階段氣體產(chǎn)量和品質(zhì)。

試驗(yàn)結(jié)果表明，濕法好氧水解階段添加木霉和黑曲霉菌，水解過(guò)程中酶活性較高，好氧水解效果較好，其中木霉和黑曲霉混菌未出現(xiàn)微生物間抑制作用，產(chǎn)生協(xié)同作用，提高厭氧發(fā)酵TS產(chǎn)氣率。但是不同供氣方式組微生物酶活以及纖維素降解量差別顯著，這可能是由于不同供氣方式料液里溶氧量不同，木霉和黑曲霉生長(zhǎng)繁殖速率及產(chǎn)酶活性不同。因此后續(xù)研究中可探討不同供氣方式供氧量、料液溶氧量、微生物生長(zhǎng)繁殖情況、產(chǎn)酶種類、酶活性等，尋找供氣方式與溶氧量、微生物種類關(guān)系，為工業(yè)化生產(chǎn)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。

4 結(jié)論

a.通過(guò)對(duì)水稻秸稈好氧厭氧兩相發(fā)酵工藝中水解階段添加木霉和黑曲霉兩種好氧菌，發(fā)現(xiàn)木霉和黑曲霉混菌各組酶活性較單一菌種活性更高，纖維素、半纖維素降解率高，日產(chǎn)氣量顯著增加，利于厭氧發(fā)酵進(jìn)行。曝氣供氣方式供氧更充足，酶活和木質(zhì)纖維素降解率最高。

b.同一供氣方式添加木霉和黑曲霉單一菌種TS產(chǎn)氣量較為接近，但均顯著低于C組，即采用曝氣供氣方式木霉和黑曲霉混菌組其TS產(chǎn)氣量最高，達(dá)438.57 mL·g-1。

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Effect of microbial inoculants on combined aerobic and anaerobic twophase fermentation of rice straw for biogas production

LI Wenzhe,DING Qinghua,LUO Lina,FAN Jinxia,LI Pengfei,WANG Jinqiu

(School of Engineering,Northeast Agricultural University,Harbin 150030,China)

In order to improve the degradation rate of rice straw in the combined aerobic and anaerobicfermentationprocess,differentmicrobialinoculantswereemployedtoimprovethe degradation rate of cellulose in the aerobic hydrolysis stage.The results showed that the mixed strains could obtain better cellulosic degradation than the applied with single strain in each treatment.The treatment of Aspergillus mixed withTrichodermaby aeration gas supply obtained the best total cellulase activity,degradation rate of cellulose and cumulative biogas yield of 438.57 mL·g-1.Therefore,the degradation rate of rice straw could be improved by adding mixed strains of Aspergillus and Trichodermato the aerobic stage by aeration gas supply.

Trichoderma;Aspergillus;cellulose degradation;enzyme activity;gas production characteristics

S216.4

A

1005-9369（2016）05-0098-08

2016-03-16

“十二五”農(nóng)村領(lǐng)域國(guó)家科技計(jì)劃項(xiàng)目（2014BAD02B04）

李文哲（1955-），男，教授，博士，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)檗r(nóng)畜廢棄物資源化利用。E-mail:liwenzhe9@163.com

時(shí)間2016-5-27 16:16:16[URL]http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1391.S.20160527.1616.028.html