活性添加剂对沼气发酵产气率的影响

摘要 以猪粪为原料，研究利用混合菌种制备的沼气发酵活性添加剂对沼气发酵产气率的影响。结果表明：对混合菌种进行筛选和驯化制备出酶活性较高的沼气发酵活性添加剂，糖化型淀粉酶的酶活为55 000 mg葡萄糖/g·h，纤维素酶的酶活为1 700 μg葡萄糖/g·min，半纤维素酶的酶活为8 400 μg木糖/g·h。添加0.005%、0.010%和0.020%的活性添加剂，产气量比不加添加剂分别增加7.18%、16.29%、17.81%，说明沼气发酵活性添加剂对提高沼气产量有促进作用。

关键词 活性添加剂；沼气发酵；产气率

中图分类号 S216.4 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2012）20-0197-01

沼气发酵是一个多菌群在厌氧条件下共生代谢、使有机物转化为甲烷和二氧化碳的过程[1]。在厌氧消化过程中，沼气产量与各种水解酶活性呈正比关系。水解酶包括脂肪酶、纤维素酶、淀粉酶等。有研究表明，要加快发酵原料中纤维素的降解速度，明显提高沼气产量，可采用适量添加水解酶的方法[2-4]。有机废物是发酵所用的主要原料，包括有机垃圾、人畜粪便等，具有淀粉、蛋白质、脂肪、纤维素等有效成分。发酵过程开始这些成分也随之进行水解，整个发酵的速度由其决定，而水解的速度由各种成分对应的酶活决定。由此可见，水解酶活与沼气产量存在直接关系。因此，维持沼气发酵系统中的一定水解酶活力，有利于提高沼气产量和原料的利用率。该文主要研究活性添加剂对沼气发酵产气率的影响，以为借助生物酶的手段提高原料产气率和利用率提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试菌种：以前期研究中收集的混合菌种进行初步筛选得到的水解性混合菌种作为菌种。发酵原料：新鲜的猪粪。

1.2 试验方法

1.2.1 活性添加剂的制备。以麦麸和米糠作为培养基原料，加水至原料含水60%～70%，发酵原料搅匀后接入5%左右的混合麸曲种，搅匀装入簸箕中，装入簸箕的料量厚5～7 cm；上架摆放，上面扣盖相同大小的簸箕，于室温下培养3～4 d，其间翻料1～2次；翻料时，不宜把料弄碎，应成块状进行翻料降温；发酵完毕，风干至水分含量低于5%。各簸箕发酵产物集中混合均匀后，取样分析各酶活值[5-6]。

1.2.2 添加剂对产气量的影响。以猪粪为试验原料，用12套装置在实验室开展试验，将配制好的发酵料液混合均匀后分装在发酵瓶中，在室温下进行批量发酵，每瓶装入发酵料液800 mL。3 d后产气正常，将12套装置随机分为4组，每组设3次重复，设1个对照组，不加添加剂，第1、2、3组分别加入占发酵料液质量分数0.005%、0.010%、0.020%的添加剂，具体试验设计见表1。在试验过程中，记录每天的产气量，试验共进行30 d。

1.2.3 添加剂酶活性的测定。主要测定添加剂中糖化型淀粉酶、纤维素酶和半纤维素酶的活性。

2 结果与分析

2.1 添加剂的酶活性

利用筛选的混合菌种制备出沼气发酵添加剂，经测定，各混合水解酶活性见表2。从表中数据可以看出，对混合菌种进行筛选和驯化可制备出酶活性较高的沼气发酵活性添加剂。

2.2 添加剂对沼气发酵产气量的影响

试验共开展了30 d，活性添加剂对猪粪产沼气的影响见图1。可以看出，CK总产气量为2 634 mL，添加添加剂0.005%的第1组总产气量为2 823 mL，产气量比CK增加7.18%；添加添加剂0.010%的第2组总产气量为3 063 mL，产气量比CK增加16.29%；添加添加剂0.020%的第3组总产气量为3 103 mL，产气量比CK增加17.81%。研究结果表明，添加发酵添加剂后对沼气发酵环境是有益的，产气量有所增加。

3 结论

（1）对混合菌种进行筛选和驯化制备出酶活性较高的沼气发酵活性添加剂，糖化型淀粉酶的酶活为55 000 mg葡萄糖/g·h，纤维素酶的酶活为1 700 μg葡萄糖/g·min，半纤维素酶的酶活为8 400 μg木糖/g·h。

（2）试验研究结果表明，添加0.005%、0.010%和0.020%的活性添加剂，产气量比不加添加剂分别增加7.18%、16.29%、17.81%，说明沼气发酵活性添加剂对提高产沼气量有促进作用。

4 参考文献

[1] 路娟娟，张无敌，程洁红，等.甘蔗渣沼气发酵过程中酶活力与产气量的动态关系研究[J].江苏技术师范学院学报，2010，16（6）：43-47.

[2] 张无敌，宋洪川，李建昌，等.水解酶提高猪粪沼气发酵产气率[J].太阳能学报，2002，23（5）：674-677.

[3] 路娟娟，张无敌，刘士清，等.羊粪沼气发酵过程中的纤维素酶酶活力与产气量的关系研究[J].可再生能源，2007，25（6）：40-42.

[4] 刘士清，刘伟伟，马欢，等.农业生物环境中基础酶技术研究法修建探讨[J].农机化研究，2008（10）：162-166.

[5] 沈金龙，毛爱军，王远亮，等.纤维素酶在木质纤维素生物质转化中的应用研究[J].微生物学报，2004，44（4）：507-510.

[6] 沼气发酵生物活性添加剂[J].化工科技市场，2002，25（8）：70.