猪皮、猪瘦肉和猪脂肪厌氧消化产气潜力的实验研究

收稿日期:２０１８￣１１￣２８项目来源:云南省新能源重大专项(２０１５ＺＢ００１ꎻ２０１５ＺＢ００５)ꎻ云南省科技计划(２０１５ＸＢ０１９)ꎻ云南省科技特派员(２０１５ＩＡ０２２)ꎻ云南省农村能源工程重点实验室基金(２０１７ＫＦ０３)ꎻ西南地区可再生能源研究与开发协同创新中心项目(０５３００２０５０２０５１６００９)作者简介:张旭(１９９３－)ꎬ男ꎬ安徽淮南人ꎬ硕士ꎬ研究方向为生物质能与环境工程ꎬＥ￣ｍａｉｌ:ｚｘ１２３６５９８７４＠ｑｑ.ｃｏｍ通信作者:张无敌ꎬＥ￣ｍａｉｌ:７６３８３７４８２＠ｑｑ.ｃｏｍꎻ刘士清ꎬＥ￣ｍａｉｌ:２４７０６３８６５＠ｑｑ.ｃｏｍ猪皮、猪瘦肉和猪脂肪厌氧消化产气潜力的实验研究张旭ꎬ尹芳ꎬ王昌梅ꎬ赵兴玲ꎬ吴凯ꎬ柳静ꎬ杨红ꎬ张无敌ꎬ刘士清(云南师范大学ꎬ云南昆明６５０５００)摘要:文章为探究猪肉的资源化利用潜力ꎬ对新鲜购买的猪肉进行厌氧消化实验ꎬ分别以猪皮、猪瘦肉和猪脂肪为实验原料ꎬ实验温度为３０℃ꎬ采用批量式发酵工艺ꎬ进行发酵产沼气实验ꎮ整个实验分别历时７６ｄꎬ１１３ｄ和８３ｄꎬ总产气量分别为１３６６０ｍＬꎬ１８８５０ｍＬ和１４７８０ｍＬꎬ平均甲烷含量分别为６４％ꎬ６６％和６３％ꎬ产沼气潜力分别为１１３９ｍＬ的研究提供理论基础ꎮ１材料与方法１.１发酵原料试验用猪肉于２０１７年４月购买于吴家营菜市场ꎬ经测定ꎬ猪皮、猪瘦肉、猪脂肪ＴＳ(总固体含量)分别为８９.５％ꎬ３６.７％ꎬ４１.２％ꎬＶＳ(挥发性固体含量)分别为９８.２％ꎬ９３.１％ꎬ９７.９％ꎬｐＨ值为６.７ꎮ所用接种物取自实验室ꎬ是以猪粪为原料富集而成的活性污泥ꎬ经测定ꎬ接种物ＴＳ为１１.８％ꎬＶＳ为６８.８６％ꎬｐＨ值为７.３ꎮ１.２实验装置发酵实验采用的装置为实验室自制ꎬ由发酵瓶、集气瓶、体积计量瓶(为相同型号５００ｍＬ自带刻度塑料瓶)以及温控系统四部分组成ꎮ发酵瓶、集气瓶、体积计量瓶通过快拧接头瓶盖二氧化碳发生器和乳胶管连接ꎬ中温发酵温控系统由加热棒(ＸＬ￣９９９型)、水泵(ＡＰ￣１４００型)、温控仪(Ｃ３Ｗ￣２２１智能数显温控仪)三部分组成ꎮ１.３方法１.３.１实验方法将新鲜原料用绞肉机粉碎(方便与接种物充分混合)ꎬ设置实验组和对照组ꎬ每组设置３个平行ꎬ料液配比如表１ꎮ发酵方式采用全混合批量式发酵ꎬ在发酵温度为３０℃ꎮ表１料液的配比组别发酵材料料液配比实验组猪皮１３.４ｇ猪皮ꎬ１３５ｍＬ接种物ꎬ加水至４００ｍＬꎮ猪瘦肉３２.７ｇ猪瘦肉ꎬ１３５ｍＬ接种物ꎬ加水至４００ｍＬꎮ猪脂肪２９.１ｇ脂肪ꎬ１３５ｍＬ接种物ꎬ加水至４００ｍＬꎮ对照组—１３５ｍＬ接种物ꎬ加水至４００ｍＬꎮ１.３.２测试项目及方法试验需测定原料、接种物ꎬ发酵前后混合料液的总固体含量(ＴＳ)ꎬ挥发性固体含量(ＶＳ)ꎬｐＨ值、产气量和气体甲烷含量５个项目ꎮ(１)ＴＳ和ＶＳ采用常规分析法[４－５]进行测定ꎮＴＳ测定:将待测样在１０５℃±５℃的电热恒温干燥箱(２０２型)中烘至恒重进行计算:ＴＳ＝Ｗ１Ｗ０×１００％式中:Ｗ０表示样品鲜重ꎬｇꎻＷ１表示样品烘至恒重后的重量ꎬｇꎮＶＳ测定:将待测样在５５０℃±２０℃箱型电阻炉(ＳＸ２￣２ꎬ５￣１２型)中灼烧至恒重进行计算ꎻＶＳ＝Ｗ１－Ｗ２Ｗ１×１００％式中:Ｗ１表示样品烘至恒重后的重量ꎬｇꎻＷ２表示灼烧后剩余灰分重量ꎬｇꎮ(２)ｐＨ值测定:使用范围为６.４~８.０的精密ｐＨ试纸分别测定原料、接种物以及发酵前后混合料液的ｐＨ值ꎮ(３)产气量测定:采用排水集气法测定ꎬ每天定时记录各实验组的产气量ꎬ取实验组３个平行组的平均值去除对照组产气量平均值为当日原料产气量ꎮ(４)甲烷含量测定:每１０天使用气相色谱仪(ＧＣ￣６８９０Ａ)精确测定气体中甲烷的含量ꎮ２结果与分析２.１产气情况分析２.１.１猪皮产气情况分析反应启动后ꎬ每２４ｈ记录１次当日净产气量ꎬ每１０ｄ精确测定１次甲烷含量ꎬ由此得出产气量、甲烷含量与发酵时间的规律ꎬ如图１和图２所示ꎮ7006005004003002001000产气量/�mL010�20�30�40�50�60�70�80时间/�d图１产气量随发酵时间的变化曲线甲烷含量/�%020�40�60�80时间/�d706050图２甲烷含量随发酵时间的变化曲线１７中国沼气ＣｈｉｎａＢｉｏｇａｓ２０１９ꎬ３７(１)整个发酵周期持续７６ｄꎬ总产气１３６６０ｍＬꎮ由图１和图２可以看出ꎬ前２天日产气量逐渐升高ꎬ在第３天日产气量突然出现一个高峰ꎬ为６５０ｍＬꎬ但是当日的甲烷含量只有５１％ꎬ产气量徒增可能与接种物中的有机质有关ꎬ在这之后日产气量逐渐降低ꎬ也说明这个问题ꎬ当第９天时达到一个谷值ꎮ第１０天到第３５天为平稳期ꎬ这一时期大分子有机物水解ꎬ微生物也在不断地富集驯化ꎬ由图１可以看出这一时期日产气量均不高ꎬ但是随着时间推移ꎬ无论是日产气量还