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为温室供能用沼气发酵方法及发酵系统摘要：介绍了一种能够为温室供能用的沼气发酵方法及发酵系统的专利技术。发酵系统具体由生物酸化积肥装置、缓冲调节池、高效沼气发生装置、出水沉淀池、出水暂存池和沼气缓存装置等依次经管道和阀门连接组成。发酵方法具体步骤包括生物酸化积肥装置的启动和原料的生物酸化储存，高效沼气发生装置的启动、沼气生产供应、休停和再启动等。该技术与传统沼气技术相比，具有一定的优势能够根据温室生产实际，及时把分散在全年产生的种植业有机废弃物投加到产酸积肥池中，然后根据温室供能需求，随时通过发酵系统生产沼气。发酵残渣根据生产需要分批取出用于温室有机肥。该技术实现了可以根据温室需求对沼气发酵灵活调节的要求。 关键词：沼气；温室；供能；可调控性 1．引言 温室是现代农业工程中重要的技术主题，温室的发展使传统露天农业转化为保护条件下的可控制农业[1]。目前国际上，温室已经广泛应用于花卉、蔬菜栽培[2]。温室栽培的最大优势是通过温室环境的控制，满足作物的最佳生活条件，抵抗自然灾害等，从而获取最大的生产效益。在温室管理中，温室冬季加温、补光和二氧化碳施肥是重要的环境调控措施[3]。这些调控过程都需要能源的消耗，目前的能源消耗以一次化石能源煤和二次能源柴油、电力[4]为主。这些能源的大量消耗一方面加重了全社会的能源供给负担，另一方面也大幅度提高产品的生产成本。受能源价格影响，许多温室不得不放弃温室的冬季加温、补光和二氧化碳施肥，这样不仅不能充分发挥温室的应有功能，甚至会造成温室管理的失败。 在温室管理中，每年会产生大量的种植业有机废弃物。目前，这些被随意堆放的废弃物，造成了严重的农业面源污染[3，4]。然而，这些有机废弃物本身富含大量有机质，是非常好的沼气生产原料。如果能用温室生产管理过程中产生的有机废弃物来生产沼气，从而替代煤、石油、电力等不可再生能源用于温室供能，不仅可以降低温室供能成本，同时废弃物中的营养物质又可以循环利用，减少废弃物排放，改善农业环境。但是，迄今为止没有沼气在温室供能领域应用的成功案例。 2．传统沼气技术与温室供能需求的背离沼气发酵技术可以分为两类，即传统沼气发酵技术和水溶性有机物高效沼气发酵技术[5, 6]。这两类技术应用于温室沼气供应都存在诸多技术难点。具体分析如下： 传统的沼气发酵技术，利用复杂性有机质发酵沼气，沼气产生具有非常大的周期性，往往开始投料时产气慢，中间产气旺盛，而且一旦沼气发酵系统启动，是否产沼气和产生多少沼气，要受原料特性和发酵规律的内在约束，很难调节。而温室用能表现在取暖、二氧化碳施肥等方面，这些能源需求往往受天气的控制，而天气又变化无常。因此，往往是要气时没有气，不要气时产气，如果满足需求将要建立庞大的储气装置，这在投资和占地上是不允许的。如果根据长期天气预报进行计划式投料，在理论上可行，但在实践上是难操作的。一方面，长期天气预报目前的准确性较差，另一方面，关于复杂有机质的产气规律不可能准确预测。同时，温室产生有机废弃物是分散在全年的各个时段，所产生的废弃物大多易腐烂，很难储存。因此传统的沼气技术基本不能适应温室供能需求。 水溶性有机物高效沼气发酵技术，利用可溶解的简单微生物进行沼气发酵，采用高效反应器可以实现较高的效率[7,8]。一是可溶性有机质非常容易反应，沼气的产生量在反应器负荷允许的范围内，基本决定于短期内的进料量，即进料多产气量大，进料少产气量小，停止进料短期即停止产气。二是成熟反应器中的沼气发酵厌氧微生物具有非常强的耐饥饿性，在长期不进料的情况下，反应器内的微生物能够长期耐受，而且再启动时可以迅速恢复正常高效产气。水溶性有机物高效沼气发酵技术的以上两点技术特征均符合温室需能波动性的要求。但是，如果单独为了温室供能需要而刻意外购水溶性有机物作为发酵原料生产沼气，不仅成本上与化石能源不具竞争优势，而且也达不到生物质废弃物资源就地利用、开展循环经济和环境建设的目的。因此，水溶性有机物高效沼气发酵技术也不适合温室供能需求。 3．技术内容本文提供一种可以根据温室生产实际，把分散在全年产生的种植业有机废弃物投加到发酵系统中，然后根据温室供能需求，随时通过发酵系统生产沼气，能够为温室提供可用的沼气发酵系统及发酵方法。其中，发酵系统由生物酸化积肥装置、 缓冲调节池、 高效沼气发生装置、出水沉淀池、出水暂存池和沼气缓存装置依次经管道和阀门连接组成。其结构如图1所示。其中，生物酸化积肥装置和缓冲池设置主控制阀，缓冲池与高效沼气发生装置之间设置泵， 高效沼气发生装置、出水沉淀池出水暂存池之间通过水的重力自流完成连接， 出水暂存池同时与缓冲调节池和生物酸化积肥装置相连， 中间依次设泵和配水器，高效沼气发生装置联接沼气缓存装置。为了保证沼气发酵能够满足温室供能需求，以上发酵系统按如下步骤管理第一、进行生物酸化积肥装置的启动和原料生物酸化储存，具体方法如下 （1）按相当于温室平均每天产生量的2.5～3.5倍质量收集温室种植业有机废弃物或其他种植业有机废弃物作为启动原料，对启动原料进行粉碎预处理；（2）向步骤(1)所得预处理原料中添加含N元素物质，混合，控制混合料碳氮比为(20：1)～(30：1)；（3）将步骤(2)所得混合料投入到初次使用的生物酸化积肥装置中，加入接种物进行接种，混合，得到发酵原料，接种物的加入量为启动原料干重的3%～5%；（4）向步骤(3)中生物酸化积肥装置中加水进行发酵，水的加入量为至少高于启动原料平面10cm，发酵温度控制在20～40℃；（5）经过4～5天发酵后，发酵液pH值降到6以下，即完成酸化积肥装置的启动；（6）按照步骤(1)～(2)的方法随时收集处理温室生产的有机废弃物，及时投入已经启动的生物酸化积肥装置中，不需接种，直接加水至原料平面以上10cm；（7）重复步骤(6)直至一个生物酸化积肥装置投满，重新启用另一个生物酸化积肥装置，重复操作步骤(1)～(6) ；第二、进行高效沼气发生装置启动，调控装置运行满足温室用能与沼气生产的协调，具体方法如下： （1）高效沼气发生装置启动：投入接种物进入高效沼气发生装置，用水或水与生物酸化积肥装置中抽出的酸液混合物加满沼气发生装置，静止3～5d，接种物加入量为3～10kgVSS/m3；从生物酸化积肥装置抽出有机酸液泵入缓冲调节池中，用出水暂存池中的系统出水或外来水调节，控制有机酸液的化学耗氧量（COD）浓度为2000～5000mg/L，作为沼气发酵料；按0.5kg COD/( m3·d)～2kg COD/( m3·d)的速率阶段式调整水力负荷，连续进料直到实现水力负荷为5kg COD/( m3·d)～10kg COD/( m3·d)，即完成沼气发生装置的启动，整个启动大约需50～80d。启动期间，温度控制为25～35℃。负荷调整的原则为，每次水力负荷调整运行稳定后，才开始进行下一阶段负荷的增加；沼气发生装置的出水经沉淀池沉淀后，流入出水暂存池，部分作为生物酸化积肥装置液体补加，部分用于缓冲调节池酸液的发酵料调节使用（2）沼气生产供应：根据温室生产实际预算沼气需求的时间和数量，按1kg COD产 0.4～0.5m3沼气折算有机酸液的需求数量和时间，并按时按量从生物酸化积肥装置中抽机酸液进入缓冲调节池，按步骤（1）中所述方法调节成沼气发酵料；按5kgCOD/( m3·d)～30kg COD/(m3·d)水力负荷的流量，采用间歇或连续方式向已经启动好的沼气发生装置中进料进行沼气生产，产生的沼气进入沼气缓存装置备用；进料的流速控制、间歇或连续方式取决于每次沼气的需求量和沼气缓存装置的体积。沼气需求大、沼气缓存装置体积小时，采用大流量连续进料，反之，使用小流量间歇进料；当一个生物酸化积肥装置中的抽出物小于800～1000mg/L时，即该生物酸化积肥装置停止产酸，停止从该装置继续抽取发酵液。（3）沼气生产休停：对于启动好而温室不需要使用沼气，或者一个沼气使用周期结束，温室很久不使用沼气时，停止向高效沼气发生装置中继续进料，装置进入休停状态。休停期间，保持每10～30d补加一次发酵料，保证系统内微生物的营养需求。补加发酵料的调节方法同步骤（1）所述；补加发酵料的量为反应器体积1～3倍，补加速度为2～5kg COD/(m3·d)。（4）沼气生产休停后的再启动：对于步骤(3)中已经处于休停状态的高效沼气装置，再进入新的用气周期前必须进行再启动；再启动的方法是在新用气周期开始前3～10d，按照步骤(1)中所述方法调节发酵料，按1.8kg COD/(m3·d)～2.2 kg COD/(m3·d)负荷向高效沼气装置进行适应性进料。

现在，生物技术的发展更是突飞猛进，这必将促成生物检测方法的不断补充和完善。 下面是我为大家整理的食品生物技术论文，希望你们喜欢。

食品检测中的生物技术分析

摘要：近年来，食品安全问题得到了全社会的关注，食品检测技术得到了更多的重视，生物技术等新兴的食品检测技术也因此而得到了广泛的应用。文章在简要介绍生物技术的基础上，详细阐述了生物技术在食品检测中的应用，以期为生物技术的发展与应用提供新的思路。

关键词：食品检测生物技术应用

食品安全问题是由于食品中含有毒、有害物质，对人体健康产生危害而造成的公共卫生问题。近年来，食品安全问题已成为人们普遍关注的社会热点问题，引起了政府和公众的广泛重视。目前，国内的食品安全问题的产生既有政府监管不严、制度体系不完全的原因，也有食品检测技术不够科学先进的原因。随着食品工业的快速发展，对食品检测技术提出了更高的要求，传统分析方法难以满足当前食品检测的需要，灵敏度高、特异性强、简便快捷的生物技术逐渐在食品检测领域大放异彩，文章将对此进行详细论述。

一、生物技术概述

生物技术是利用生物有机体及其组成部分，或是利用其组织、细胞、酶来合成、转化、降解，从而实现生产产品等目的的技术。生物技术在食品领域的应用已经有几百年的历史，从最初的面包、酱油生产，如今已延伸到食品领域的各个方面，得到了长足的发展和不断的完善。现代生物技术是建立在细胞生物学等学科基础之上的高科技技术，包括细胞工程、酶工程、基因工程、发酵工程等诸多类技术。细胞工程是以动物、植物细胞及细胞融合技术为基础的一类生物技术，主要用于食品生产;酶工程是通过特定细胞酶来控制食品生产过程中的物质转化;基因工程是通过重组基因来改造食品生物特性，起到生产特殊产品的作用;食品发酵技术如今已发展为发酵工程学，用于预定食品及成分的生产。

二、生物技术在食品检测中的应用

生物技术在食品检测中的应用，表现在食品中微生物、转基因成分等对人体有毒有害物质的检测。例如借助细菌学、血清学方法可以检测食品中是否含有致病菌，但是这些传统生物技术方法操作繁琐，耗时较长，目前应用更多的是操作简便、快捷且精准的生物芯片、胶体金免疫层技术、PCR技术、酶联免疫吸附法、基因探针等生物技术。

1.生物芯片的应用

生物芯片技术是建立在现代生物化学、物理化学、计算机科学等诸多学科交叉的基础上的，检测原理是利用生物分子间的抗原、抗体等亲和反应或碱基对互补杂交，检测、分析样品中的成分。由于生物芯片技术可在小面积内对多种生物分子进行并行检测分析，分析量很大，因而检测效率较高，检测结果具有很好的可比性。

生物芯片包括基因芯片和蛋白质芯片。基因芯片是将基因探针固化在检测工具表面，利用软件分析检测工具与样品间发生的基因杂交信息，从而检测出遗传信息。基因芯片可同时进行定性定量检测，能够快速检测分析大量序列的杂交信息。蛋白质芯片的原理则是利用生物分子间的特异性结合来测定样品成分，具体操作与基因芯片技术类似。基于基因芯片和蛋白质芯片的原理及特点，生物芯片技术通常用于转基因食品、原料、病原微生物的检测。

2.胶体金免疫层技术的应用

一直以来，胶体金免疫层技术在医学领域得到了广泛的应用，近年来逐渐应用于食品检测领域。胶体金免疫层技术具有操作简单、耗时较短等优势，一般需要定性分析或半定量分析，主要用于有害微生物、药物残留、违禁药物的检测。该技术用于有害微生物的检测较多，例如检测食品中是否含有大肠杆菌、沙门氏菌、霍乱弧菌等致病菌，较为常见的检测方法是双抗体夹心法;用于药物残留的检测是通过制得的抗体抗原与药物残留反应来分析食品中是否含有黄曲霉毒素、磺胺类药物、氯霉素等残留;用于违禁药物的检测一般是利用竞争免疫层析法来分析食品中是否含有罂粟碱、吗啡等物质。目前国内应用胶体金免疫层技术仍处于初级阶段，尚未投入广泛的应用，还有待新型免疫层析产品的开发、研制。

3.PCR技术的应用

PCR技术是上世纪八十年代产生的一种技术，借助体外扩增DNA来实现转基因食品以及病原微生物的检测。传统PCR技术早于1992年便用于病原菌的检测，但直到近年来才得到广泛应用，目前可用于检测沙门氏菌、肠出血性大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等。但在实际应用中，传统技术存在一些缺陷，无法定量检测，而且存在死细菌的环境下检测结果不准确，难以检测微生物毒素，因此在传统技术的基础上经过一系列改进和技术融合产生了多种改进的PCR技术，包括实时定量的PCR技术、PCR―DGGE技术、巢式及半巢式PCR技术等。定时定量的PCR技术是在传统技术中加荧光基团来实现实时检测，能够做定量分析，主要应用于检测外源基因污染、病原微生物、掺假量等，例如检测葡萄中的曲霉菌、肉骨粉中的牛羊源成分。PCR―DGGE技术在传统PCR技术基础上结合变性梯度凝胶电泳技术，不仅特异性强，而且敏感度高。巢式及半巢式PCR技术通过设计两对或1对半引物来降低假阳性结果的产生，使检测下限大幅度下降，检测结果通常无需其他方法再验证。

4.酶联免疫吸附法的应用

酶联免疫吸附法是利用免疫或酶促反应来进行食品检测，具有操作简便、特异性强、耗时短、灵活、可批量检测的优势。酶联免疫吸附法用于有毒有害物质的检测比常规培养法耗时少三至四天，而且无需特殊设备支持，结果易于观察辨别，样品易于保存，例如有研究用该法检测牛奶中的沙门氏菌敏感性100%、特异性99.7%，检测时间不超过3天，因而广泛应用在黄曲霉毒素等毒素检测、残留药物检测、过敏原检测、生理活性物质检测、转基因食品检测等领域。

5.DNA探针技术的应用

DNA探针技术利用碱基对结合原理制成DNA探针，能够检测样品中的碱基序列，从而判定样品基因序列。由于该技术操作简便，而且检测结果精确度高，应用十分广泛，通常用于大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等检测。DNA探针技术主要有异相杂交和同相杂交两种技术，其关键在于针对检测目标构建相应的DNA探针，只有DNA探针的基因序列具有针对性和特异性，方能取得理想的检测结果。

三、结语

近年来，随着生物技术的发展和进步，其在食品安全领域发挥了越来越重要的作用，在食品检测的各个方面得到了广泛的应用。然而虽然生物技术普遍具有成本低、操作简便、效率高、特异性高等优势，但是在实际应用中各种生物检测技术均存在自身的局限性，需要结合实际需要灵活选择、搭配。为了更好的提高食品检测水平，解决食品安全问题，还需要开发新的生物检测技术和方法，对现有技术方法不断进行优化，这需要相关领域的专家学者持续不懈的努力

参考文献

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[2]唐亚丽.生物芯片技术及其在食品营养与安全检测中的应用[J].食品与机械，2010(5).

[3]刘彦辉.浅议生物技术在食品检测方面的应用[J].黑龙江科技信息，2011(16).

[4]胡朝晖.生物传感技术在食品生物安全检测中的应用[J].现代生物医学进展，2009(17).

[5]吴彤.现代生物技术在食品检测领域中的应用[J].大众标准化，201l(S1).

[6]张奇志.DNA探针和PCR技术在食品检测中的应用[J].广东农工商职业技术学院学报.2007(23).

[7]刘辉，杨利平，张滨.PCR及其改进技术在食品检测中的应用[J].食品与机械.2008(4).

[8J水小溪，蔡乐，赵宝华.ELISA技术在食品安全检测中的应用[J].生命科学仪器，

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发酵工程是生物技术的重要组成部分，是利用微生物的特殊功能生产激光技术在食品包装中的运用

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食品包装在包装行业里的要求是最高的，也是与人们的日常生活息息相关的，所以一直以来都受到人们的高度关注。随着生活水平的不断提高，在人们消费能力不断增长的同时，对于包装的要求也在不断的强化着。其实食品的包装对食品的销量有着不可忽视的作用，毕竟人人都喜欢看上去漂亮，使用方便的东西......

在消费品工业领域，包装一直是被特别关注的一个重要方面，尤其是食品安全更是食品包装的重中之重。但是在重视食品安全以及包装精美的外表的同时，人们往往忽略了很多细节问题，例如忽视了人们在打开食物包装时的感受。以目前最常用的封口式包装来说，常会出现问题，有些时候甚至会造成一些小伤害，比如：在打开花生或沙拉酱包装时，包装内容物很容易溢出，尤其是一些封口过紧或设计不合理的包装最容易出现这种状况。还有因为疏忽漏做了撕开线，或用机械方法做出的撕开线通常要用很大的力气才能撕开，于是在打开某些食品包装时很难控制力度。

目前先进的激光技术给了我们解决问题的方案，激光系统能够做到选择软包装中某个单独薄膜层进行划线。这样做就实现了软包装的完美易撕开效果，并且能够保持薄膜的完整性，使得外层薄膜完好不受损，从而使得我们能够有效防止包装内商品的见光和受潮等问题的出现。

其次如今先进的激光系统完全能够随意的按自由组合方式划线，例如目前很多零食包装所采用的，以按照包装上印刷图案的轮廓来划线的设计风格，这样的划线方式正是激光划线系统的优势所在。还有当包装带需要有孔时，激光系统可对包装做"通风保鲜"打孔，这是目前世界上最为领先的技术，通过打孔能增加包装内商品的保鲜期，或迎合产品经微波炉加热后对食品包装所产生的压力。现在，激光打孔线已经能够达到沿虚线撕开整个包装的效果。与螺旋刀或冲压机等机械工具不同，激光工作无须直接接触，只有极小的磨损和切割就可以提供最佳的加工方式。

激光划线技术的应用

激光划线是一种在多层复合包装材料上使用激光来实现"易撕开"效果的技术。传统工具容易将线划的太深，导致产品包装的复合层受到损坏；或者划线太浅，使得消费者需要花很大的力气来撕开包装。这里我想每个人都或多或少对打开那些"固若金汤"的食品包装而恼火的经历吧！

激光划线技术是一种更先进、灵活的技术，激光划线技术将激光能量集中在需要划线的薄膜层上，而不损坏整个薄膜。因为，复合膜例如PET、PP或PE，它们都具有不同的吸收和发射二氧化碳激光波长的特性，所以当一层薄膜吸收激光能量而消失后，其他的材料薄膜层则100％的保持完好受不到任何影响。另一方面，铝箔层或着其他镀上金属层的薄膜，则成为了阻挡激光通向其它材料层的屏障。所以这些材料的特性可以使得激光技术能在包装材料上进行精确的定位、划线。同时，撕开线通过人的人眼清晰可见，于是撕开包装对消费者来说就显得轻而易举了。此为，值得注意的是，激光划线技术对于食品包装来说是非接触式的且无磨损的过程，所以也保证了包装内的商品不会因为包装过程而受到损坏，确保了商品的稳定性与可靠性。

激光打孔技术的应用

众所周知，易腐食品的质量和保存期取决于产品包装中空气循环和包装内湿度的平衡。因此，为了达到包装具有足够的小孔，使用激光技术打孔成为了易腐食品的首选。

以目前在激光划线及激光打孔技术领域拥有领先地位的ROFIN公司为例：ROFIN公司的加工设备可以使用高脉冲的而二氧化碳激光对包装材料的各个薄膜层进行打孔作业，通过ROFIN公司的特殊技术，每个小孔周围都具有熔融，能够有效的阻止小孔的扩大并避免了对包装完整性的破坏，并能够同时拥有良好的透气、保湿效果。

目前先进的激光设备可以更具产品的产量或工艺要求来提供各种解决方案，可以提供分光器配合多个聚焦头来控制打孔的方向，通过使用多角棱镜将光速分配到多个聚焦头上来实现高速走卷。现在，最佳的软包装气候管理包装的孔径在60到300微米之间，小孔的排列可以更具实际的需要来自行改变，并且可以与印刷同步进行。激光打孔技术也适用于存在压力变化的包装，如需要通过微波加热的食品包装等等。而对于一些比较坚硬的包装材料，如PE/PE复合材料，激光打孔技术可以做出每1厘米内包含5-50个小孔的打孔线，完全可以达到沿虚线撕开包装的效果。

食品包装采用激光划线技术的优点

●只对选中的薄膜层划线，其它薄膜层不受影响

●可以自由选择划线的形状

●生产过程中损耗少，可靠性高

食品包装采用激光打孔技术的优点

●对孔的尺寸和孔的数量可以精确控制

●可以打出细孔且细孔的边缘防断裂

●可用高密度的小孔制作出沿虚线撕下的包装

●生产过程中损耗小，可靠性高

食品发酵工程

随着人们消费能力的提高，对于消费品的质量提出了更好的要求，人性化的食品包装更容易使客户接受，对于提高产品的销售情况也起着一定的作用。如今食品包装领域的激光技术已经相当的成熟，并且肯定能够在未来的市场中占据重

用物质或直接将微生物应用于工业生产的一种技术体系。这项技术包括菌种

选育、菌种生产、代谢产物的发酵以及微生物的利用技术等。到目前为止,

全世界食品工业中发酵技术产业的总产值约为2000亿美元。维生素、氨基酸

、酵母制剂、微生物多糖、环状糊精、低聚糖、不饱和脂肪酸、糖醇、核酸

类鲜味剂、有机酸味剂、低热量甜味剂和乳酸菌类等产品的开发,均是发酵

技术在食品工业领域中的新应用，这些均属于食品发酵工程的研究范围。本

书对现代发酵工程共性的关键技术、优良菌种的选育、工艺的控制与优化、

生物反应器、下游分离纯化、各类发酵产品的理论和工艺以及食品废水处理

等作了详细阐述，力求体现理论结合实际