專利名稱：汽爆秸稈半纖維素水洗液發(fā)酵制備短鏈脂肪酸的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種短鏈脂肪酸的制備方法，特別涉及一種使用汽爆秸稈半纖維素水洗液發(fā)酵制備短鏈脂肪酸的方法。
背景技術：
隨著化石能源的短缺和人們環(huán)境意識的逐漸增強，大力開發(fā)清潔、可再生性的生物質資源已深入人心。我國秸稈生物質資源豐富，年產7億噸以上，目前大多被用作燃料或在田間被直接燒掉，污染了環(huán)境，破壞了生態(tài)平衡，同時，由于秸稈燃燒熱能利用率低，對資源也是極大的浪費。因此，發(fā)展和利用生物技術將其分解轉化成能源產品和各種化工產品， 實現(xiàn)其高值化利用，對于解決環(huán)境污染、能源短缺、糧食危機具有重大的現(xiàn)實意義。但植物秸稈細胞壁結構非常緊密，其三大組分，纖維素、半纖維素和木質素之間彼此纏繞，緊密交聯(lián)在一起，由于化學結構和性質上的不同，導致各組分利用率很低，需經(jīng)適當?shù)念A處理方法，破壞或改變部分結構以實現(xiàn)組分的分離和利用。汽爆技術的應用，可以使秸稈的利用率大大提高，通過高溫蒸煮作用和瞬間減壓產生的機械作用，將半纖維素降解成可溶性的低聚物，主要為木糖和低聚木糖，同時將纖維素部位充分暴露，有效地提高了酶解率。目前，人們多關注經(jīng)汽爆處理后更利于纖維素組分酶解的情況，大多忽略了已降解成可溶性低聚物的半纖維素的利用。而且汽爆過程會產生一些對后續(xù)微生物發(fā)酵的抑制物，如糠醛等，有時需將汽爆后秸稈水洗后再利用，水洗液直接排放到環(huán)境中去，不僅帶來環(huán)境污染，而且也造成了資源的浪費。短鏈脂肪酸如乙酸、丙酸、正丁酸等不僅可作為發(fā)酵工業(yè)的原料生產高附加值的產品，還可作為化工原料合成其它產品。目前我國短鏈脂肪酸的生產多為化學法合成，其產量還遠遠不能滿足需求，每年需要大量進口。針對以上情況，本發(fā)明利用豐富而廉價的秸稈資源，以汽爆作為秸稈預處理的手段，將秸稈中的半纖維素降解成水溶性的低聚物，經(jīng)浸泡提取，回收汽爆水洗液中半纖維素降解物，再以其為碳源利用厭氧酸化污泥發(fā)酵制備短鏈脂肪酸，這樣不僅使得秸稈中的半纖維組分在汽爆后的降解物得到充分利用，而且也使發(fā)酵短鏈脂肪酸的生產成本大大降低，從而為秸稈的高值化利用提供了新的思路。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種汽爆秸稈半纖維素水洗液發(fā)酵制備短鏈脂肪酸的方法，即利用汽爆技術將秸稈中半纖維素組分降解成低聚物，經(jīng)過浸泡提取，得到大量的木糖、低聚木糖，并以此為底物，通過厭氧酸化污泥發(fā)酵制備短鏈脂肪酸。本發(fā)明解決了汽爆秸稈中半纖維素的利用問題，同時，制得的短鏈脂肪酸可用作多種微生物良好的廉價碳源， 生產多種能源及化工產品，從而既提高了秸稈的綜合利用率，又走出了一條秸稈高值化利用之路，具有良好的環(huán)境效益和經(jīng)濟效益。
本發(fā)明的技術方案如下本發(fā)明提供的汽爆秸稈半纖維素水洗液發(fā)酵制備短鏈脂肪酸的方法，其步驟如下1)汽爆秸稈半纖維素水洗液的制備將秸稈切成3-5cm長，加水浸泡30-60min，秸稈與所加水質量比為1 0.5-1 1， 將秸稈在壓力0. 8-2. 5MPa條件下處理5-20min，然后急速釋放爆破，即得汽爆秸稈；在汽爆秸稈中加入其濕重1-4倍的溫水浸泡30-60min，所加溫水溫度為40_70°C，擠壓分離得到汽爆秸稈半纖維素水洗液，該水洗液中含有水溶性的低聚物，主要是木糖和低聚木糖。2)汽爆秸稈半纖維素水洗液發(fā)酵制備短鏈脂肪酸向步驟1)得到的汽爆秸稈半纖維素水洗液中，按10% -30%體積比接入?yún)捬跛峄勰嘧鳛榉N子液，然后將PH調至中性，再向反應器中通入N2造成厭氧環(huán)境，在30-40°C條件下發(fā)酵3-7d，發(fā)酵期間產氣經(jīng)導管及時排出；所述的厭氧酸化污泥為厭氧消化污泥經(jīng)加熱(95-105°C加熱15-120min)處理后所得；所述的秸稈為小麥、玉米或水稻秸稈及其它植物秸稈中的一種或幾種。本發(fā)明的一種汽爆秸稈半纖維素水洗液制備短鏈脂肪酸的方法，具有以下優(yōu)點首先，本發(fā)明解決了汽爆秸稈半纖維素的利用問題，提高了秸稈的綜合利用率；其次，為后續(xù)的微生物發(fā)酵提供了廉價的碳源-短鏈脂肪酸，從而有效地降低了生產成本，滿足了市場需求。
具體實施例方式下面通過實施例進一步描述本發(fā)明。實施例1將玉米秸稈切成3-5cm，取切好的玉米秸稈200g，加入200ml自來水浸泡60min，然后將其裝入汽爆罐中，在壓力2. OMPa下維壓5min中從汽爆罐中急速釋放，即得汽爆秸稈； 然后向汽爆秸稈中加入SOOmL自來水，在70°C下浸泡30min，擠壓分離得到汽爆秸稈半纖維素水洗液；將該水洗液分裝到若干個500ml三角瓶中，按10%體積比接入?yún)捬跛峄勰啵瑢?PH調至中性，進行厭氧發(fā)酵，發(fā)酵溫度35°C，發(fā)酵時間5d，制得短鏈脂肪酸。本實例中所用厭氧酸化污泥取自污水處理廠厭氧消化污泥，經(jīng)100°C加熱處理 30min制得。實施例2將小麥秸稈切成3-5cm，取200g，加入150ml自來水浸泡30min，裝入汽爆罐中，在壓力1. 5MPa下維壓6min，從汽爆罐中急速釋放而爆破，即得汽爆秸稈；然后向汽爆秸稈中加入SOOmL自來水，在70°C下浸泡30min，擠壓分離得到汽爆秸稈半纖維素水洗液；將該水洗液分裝到若干個500ml三角瓶中，按10%體積接入?yún)捬跛峄勰?，將pH調至中性，進行厭氧發(fā)酵，發(fā)酵溫度35°C，發(fā)酵時間5d，制得短鏈脂肪酸。本實例中所用厭氧酸化污泥取自污水處理廠厭氧消化污泥，經(jīng)105°C加熱處理 60min制得。實施例3將高粱秸稈切成3-5cm，取200g，加入200ml自來水浸泡60min，然后裝入汽爆罐
4中，在壓力1. 5MPa下維壓lOmin，從汽爆罐中急速釋放而爆破，即得汽爆秸稈；然后向汽爆秸稈中加入500mL自來水，在70°C下浸泡60min，經(jīng)擠壓分離即得汽爆秸稈半纖維素水洗液；然后將該水洗液分裝到若干個500ml三角瓶中，按20%體積接入?yún)捬跛峄勰?，將pH 調至中性，進行厭氧發(fā)酵，發(fā)酵溫度35°C，發(fā)酵時間3d，制得短鏈脂肪酸。本實例中所用厭氧酸化污泥取自污水處理廠厭氧消化污泥，經(jīng)95°C加熱處理IOOmin制得。
權利要求
1.一種汽爆秸稈半纖維素水洗液發(fā)酵制備短鏈脂肪酸的方法，其特征在于，具體步驟如下1)將汽爆后的秸稈用水浸泡后進行擠壓分離，得到汽爆秸稈半纖維素水洗液；2)通過步驟1)得到的汽爆秸稈半纖維素水洗液，接入10%-30%厭氧酸化污泥，調節(jié) PH至中性，攪拌均勻后進行厭氧發(fā)酵，制備短鏈脂肪酸。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的浸泡條件是加水量為汽爆后秸稈濕重的1-4倍，溫度40-70°C，時間30-60min。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的秸稈為小麥、玉米或水稻秸稈以及其它植物秸稈中的一種或幾種。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的厭氧酸化污泥為經(jīng)熱處理的厭氧消化污泥。
5.根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于，所述熱處理條件為95-105°C加熱 15-120min。
6.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的發(fā)酵制備短鏈脂肪酸的時間為3-7天。
7.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的發(fā)酵溫度為30-40°C。
全文摘要
本發(fā)明涉及的汽爆秸稈半纖維素水洗液發(fā)酵制備短鏈脂肪酸的方法，步驟如下將經(jīng)汽爆預處理后的秸稈用水浸泡過濾得到水洗液；按10％-30％接入?yún)捬跛峄勰?，然后將pH調至中性，再向反應器中通入N2造成厭氧環(huán)境，在35-40℃條件下發(fā)酵3-7d，發(fā)酵期間產氣經(jīng)導管及時排出；本發(fā)明解決了汽爆秸稈中半纖維素降解產物的利用問題，得到的短鏈脂肪酸可進一步作為后續(xù)發(fā)酵的底物，既提高了秸稈的利用率，也為后續(xù)產品的生產，提供了廉價的碳源。
文檔編號C12P7/40GK102154386SQ20111003419
公開日2011年8月17日 申請日期2011年2月1日 優(yōu)先權日2011年2月1日
發(fā)明者張翔, 陳洪章 申請人:中國科學院過程工程研究所