本發(fā)明屬于廢棄物資源化利用領(lǐng)域，特別涉及一種利用果渣和餐廚廢棄物混合發(fā)酵生產(chǎn)丁醇的方法。

背景技術(shù)：

我國是世界上水果生產(chǎn)大國，水果總產(chǎn)量居世界首位，并且隨著我國果業(yè)迅猛發(fā)展，水果產(chǎn)量大幅上升，對加工業(yè)提出了迫切的要求。而隨著水果加工量的增大，每年產(chǎn)生大量的水果果渣，長期以來未得到有效利用，不僅造成資源的巨大浪費，同時也嚴重污染環(huán)境，因此開發(fā)利用果渣資源是當前水果加工業(yè)的一項戰(zhàn)略任務。

國外利用果渣做飼料已取得了顯著的成效，如美國、加拿大等國家已經(jīng)將蘋果渣、葡萄渣和柑橘渣作為豬、雞、牛的標準飼料成分列入國家頒發(fā)的飼料成分表中。但我國的果渣尚未得到很好的利用，目前除少量的蘋果渣被用作飼料外，主要的處理方式仍是堆積和填埋。

隨著我國經(jīng)濟的增長，餐飲業(yè)得到了迅猛的發(fā)展，餐廚廢棄物產(chǎn)生量巨大。據(jù)統(tǒng)計，目前全國一天產(chǎn)生餐廚廢棄物約3000萬噸。由于大部分城市餐廚廢棄物的管理無序、任意處置等，其中70%被用來喂養(yǎng)“泔水豬”，還有一些廢棄油脂成為非法煉制“地溝油”的原料，剩下的部分被一扔了之，已成為垃圾收集、運輸、填埋的主要污染源。

現(xiàn)在餐廚廢棄物處理方式主要是填埋、焚燒等。目前，以循環(huán)經(jīng)濟的模式走可持續(xù)發(fā)展之路已形成全球共識，資源化利用是餐廚廢棄物處理方式的發(fā)展方向。

丁醇是一種重要的溶劑，也是涂料、塑料和橡膠等產(chǎn)品的主要原料。近年來，丁醇還被認為是一種極具潛力的新型生物燃料。傳統(tǒng)的丁醇發(fā)酵底物為玉米和小麥，生產(chǎn)成本較高。隨著我國近年來對能源需求的加劇，繼續(xù)采用大量糧食發(fā)酵生產(chǎn)丁醇勢必會造成糧食危機。盡管目前世界各國都在積極開展木質(zhì)纖維素替代淀粉發(fā)酵的研究，然而木質(zhì)纖維素水解液含糖量低以及預處理過程中產(chǎn)生的抑制物嚴重影響了正常的菌種發(fā)酵。相比之下，采用非糧淀粉或糖類原料發(fā)酵生產(chǎn)丁醇更具有經(jīng)濟可行性。

將廢棄的果渣和餐廚廢棄物混合起來發(fā)酵生產(chǎn)丁醇，比二者單獨發(fā)酵產(chǎn)出的丁醇濃度高，二者混合發(fā)酵有效地解決了丁醇發(fā)酵造成糧食危機，同時解決了有機廢棄污染環(huán)境的問題。

果渣和餐廚廢棄物均是極難處理的有機廢棄物，也是一塊巨大的資源，如果能充分利用，會是一筆巨大的財富。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為提高果渣和餐廚廢棄物的資源化利用問題，本發(fā)明提供一種利用果渣和餐廚廢棄物混合進行微生物發(fā)酵生產(chǎn)生物丁醇的方法，旨在利用低價原料獲得一種穩(wěn)定的生物丁醇的生產(chǎn)方法，滿足生物丁醇在能源、化工等領(lǐng)域的應用需求。將餐廚廢棄物與果渣共同發(fā)酵，提高了丁醇濃度。

本發(fā)明解決技術(shù)問題，采用如下技術(shù)方案：

一種利用果渣和餐廚廢棄物混合發(fā)酵生產(chǎn)丁醇的方法，其特征在于，包括以下步驟：

（1）果渣的預處理：首先將果渣烘干破碎成粉末狀，然后將果渣和水混合后煮沸30-90min，再按比例加入纖維素酶，每克果渣添加纖維素酶 25-55U，在50-65℃下進行酶解12-48h，得到水解葡萄糖含量為5-25g/L的果渣酶解懸浮液；

（2）餐廚廢棄物的預處理：先剔除不可生物降解的雜質(zhì)，然后將餐廚廢棄物粉碎，在加水將其稀釋至一定的濃度，50-60℃酶解2-4h，得到水解葡萄糖含量為20-40g/L的餐廚廢棄物酶解懸浮液。每克餐廚廢棄物中添加的酶為：淀粉酶6-10U、糖化酶50-200U、蛋白酶20-50U、纖維素酶20-50U；

（3）種子培養(yǎng)：將Clostridium acetobutylicum UM80菌種的甘油管活化培養(yǎng)36h，作為種液，活化培養(yǎng)基為5%-25%的玉米醪培養(yǎng)基；

（4）發(fā)酵培養(yǎng)基的配制：將步驟（1）得到果渣酶解懸浮液和步驟（2）得到餐廚廢棄物酶解懸浮液按照一定質(zhì)量比混合，得到混合酶解懸浮液即為發(fā)酵培養(yǎng)基；

（5）發(fā)酵培養(yǎng)：將步驟（3）獲得的種液按8-12%的接種量轉(zhuǎn)接到步驟（4）制得的發(fā)酵培養(yǎng)基中，在是室溫下發(fā)酵一定時間，產(chǎn)生丁醇。

所述的利用果渣和餐廚廢棄物混合發(fā)酵生產(chǎn)丁醇的方法，其特征在于：所述的果渣選自蘋果渣、柑橘渣、葡萄渣、梨渣、番茄渣、桑葚渣、藍莓渣、沙棘渣中的一種或多種混合。

所述的利用果渣和餐廚廢棄物混合發(fā)酵生產(chǎn)丁醇的方法，其特征在于：步驟（4）所述果渣酶解懸浮液與餐廚廢棄物酶解懸浮液的體積比為（3-5)：1。

本發(fā)明的有益效果：

1.本發(fā)明工藝簡單，成本低，采用果渣和餐廚廢棄物為原料共同發(fā)酵，提高了丁醇濃度達到了玉米淀粉的發(fā)酵水平；

2.本發(fā)明為果渣和餐廚廢棄物的有效利用開辟了一個新的途徑，緩解了目前糧食發(fā)酵生物燃料中存在的“與人爭糧，與糧爭地”的難題；

3.本發(fā)明利用果渣和餐廚廢棄物發(fā)酵丁醇，解決了果渣和餐廚廢棄物的難處理問題；

4.本發(fā)明不僅為生物燃料丁醇的生產(chǎn)提供了新的原料，解決現(xiàn)有糧食淀粉發(fā)酵生產(chǎn)丁醇成本偏高的問題，也為果渣和餐廚廢棄物綜合利用和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展開辟了新的方向。

附圖說明：

圖1為不同濃度的餐廚廢棄物作為發(fā)酵培養(yǎng)基的最終溶劑產(chǎn)量；

圖2為不同濃度的蘋果渣作為發(fā)酵培養(yǎng)基的最終溶劑產(chǎn)量；

圖3為不同配比的果渣和餐廚廢棄物水解液作為丁醇發(fā)酵培養(yǎng)基時，最終發(fā)酵液中的溶劑產(chǎn)量。其中g(shù)roup1，2，3，4，5，6，分別指發(fā)酵培養(yǎng)基中餐廚廢棄物酶解液與果渣蘋果渣酶解液的比例分別為5：0；4：1；3：2；2：3；1：4；0：5，其中蘋果渣酶解液水解葡萄糖濃度為20g/L，餐廚廢棄物酶解液水解葡萄糖濃度為25g/L。

具體實施方式：

本發(fā)明所用菌株為丙酮丁醇梭狀芽孢桿菌Clostridium acetobutylicumUM80，菌種以甘油管保存于-80℃冰箱內(nèi)。

實施例1

一種利用果渣和餐廚廢棄物混合發(fā)酵生產(chǎn)丁醇的方法，包括以下步驟：

（1）蘋果渣的預處理：首先將蘋果渣烘干破碎成粉末狀，然后將蘋果渣和水混合后煮沸60min，再按比例加入纖維素酶，每克果渣添加纖維素酶45U，55℃酶解36h，得到水解葡萄糖含量為20g/L蘋果渣酶解懸浮液；

（2）餐廚廢棄物的預處理：先剔除不可生物降解的雜質(zhì)，然后將餐廚廢棄物粉碎，在加水將其稀釋，在55℃的條件下，復合酶解3h，得到水解葡萄糖含量為20g/L的餐廚廢棄物酶解懸浮液，每克餐廚廢棄物添加淀粉酶6-10U、糖化酶50-200U、蛋白酶20-50U、纖維素酶 20-50U；

（3）種子培養(yǎng)：將Clostridium acetobutylicum UM80菌種的甘油管活化培養(yǎng)36h，作為種液，活化培養(yǎng)基為20%的玉米醪培養(yǎng)基；

（4）發(fā)酵培養(yǎng)基的配制：將步驟（1）得到蘋果渣酶解懸浮液和步驟（2）得到餐廚廢棄物酶解懸浮液按照質(zhì)量比為4：1混合，得到混合酶解懸浮液即為發(fā)酵培養(yǎng)基；

（5）發(fā)酵培養(yǎng)：將步驟（3）獲得的種液按10%的接種量轉(zhuǎn)接到步驟（4）制得的發(fā)酵培養(yǎng)基中，在室溫下發(fā)酵100-120h，產(chǎn)生丁醇，對發(fā)酵液過濾后，測得濾液中丁醇濃度為8.5g/L，總?cè)軇舛葹?9g/L。其中丁醇濃度比單獨利用餐廚廢棄物時提高了98%，比單獨利用蘋果渣時提高了31%。總?cè)軇舛缺葐为毨貌蛷N廢棄物時提高了160%，比單獨利用蘋果渣時提高了57%。

實施例2

一種利用梨渣和餐廚廢棄物混合發(fā)酵生產(chǎn)丁醇的方法，包括以下步驟：

（1）梨渣的預處理：首先將梨渣烘干破碎成粉末狀，然后將梨渣和水混合后煮沸50min，再按比例加入纖維素酶，每克果渣添加纖維素酶45U， 55℃酶解36h，得到得到水解葡萄糖含量為25g/L梨渣酶解懸浮液；

（2）餐廚廢棄物的預處理：先剔除不可生物降解的雜質(zhì)，然后將餐廚廢棄物粉碎，在加水將其稀釋，55℃復合酶解3h，得到水解葡萄糖含量為25g/L的餐廚廢棄物酶解懸浮液。每克餐廚廢棄物添加淀粉酶6-10U、糖化酶50-200U、蛋白酶20-50U、纖維素酶 20-50U；

（3）種子培養(yǎng)：將Clostridium acetobutylicum UM80菌種的甘油管活化培養(yǎng)36h，作為種液，活化培養(yǎng)基為10%的玉米醪培養(yǎng)基；

（4）發(fā)酵培養(yǎng)基的配制：將步驟（1）得到梨渣酶解懸浮液和步驟（2）得到餐廚廢棄物酶解懸浮液按照質(zhì)量比為4：1混合，得到混合酶解懸浮液即為發(fā)酵培養(yǎng)基；

（5）發(fā)酵培養(yǎng)：將步驟（3）獲得的種液按10%的接種量轉(zhuǎn)接到步驟（4）制得的發(fā)酵培養(yǎng)基中，在室溫下發(fā)酵100-120h，產(chǎn)生丁醇，對發(fā)酵液過濾后，測得濾液中丁醇濃度為7.9g/L。

實施例3

一種利用橘渣和餐廚廢棄物混合發(fā)酵生產(chǎn)丁醇的方法，包括以下步驟：

（1）橘渣的預處理：首先將橘渣烘干破碎成粉末狀，然后將橘渣和水混合后煮沸60min，再按比例加入纖維素酶，每克果渣添加纖維素酶45U，55℃酶解36h，得到水解葡萄糖含量為20g/L橘渣酶解懸浮液；

（2）餐廚廢棄物的預處理：先剔除不可生物降解的雜質(zhì)，然后將餐廚廢棄物粉碎，在加水將其稀釋，55℃復合酶解3h，得到水解葡萄糖含量為25g/L的餐廚廢棄物酶解懸浮液。每克餐廚廢棄物添加淀粉酶6-10U、糖化酶50-200U、蛋白酶20-50U、纖維素酶 20-50U；

（3）種子培養(yǎng)：將Clostridium acetobutylicum UM80菌種的甘油管活化培養(yǎng)36h，作為種液，活化培養(yǎng)基為25%的玉米醪培養(yǎng)基；

（4）發(fā)酵培養(yǎng)基的配制：將步驟（1）得到橘渣酶解懸浮液和步驟（2）得到餐廚廢棄物酶解懸浮液按照質(zhì)量比為4：1混合，得到混合酶解懸浮液即為發(fā)酵培養(yǎng)基；

（5）發(fā)酵培養(yǎng)：將步驟（3）獲得的種液按10%的接種量轉(zhuǎn)接到步驟（4）制得的發(fā)酵培養(yǎng)基中，在室溫下發(fā)酵100-120h，產(chǎn)生丁醇，對發(fā)酵液過濾后，測得濾液中丁醇濃度為7.8g/L。

對比例1

一種利用蘋果渣發(fā)酵生產(chǎn)丁醇的方法，包括以下步驟：

（1）蘋果渣的預處理：首先將蘋果渣烘干破碎成粉末狀，然后將蘋果渣和水混合后煮沸60min，再按比例加入纖維素酶，每克果渣添加纖維素酶45U，55℃酶解36h，得到水解葡萄糖含量為25g/L蘋果渣酶解懸浮液；

（2）種子培養(yǎng)：將Clostridium acetobutylicum UM80菌種的甘油管活化培養(yǎng)36h，作為種液，活化培養(yǎng)基為5%的玉米醪培養(yǎng)基。

（3）發(fā)酵培養(yǎng)：將種液按10%的接種量分別轉(zhuǎn)接到不同濃度的發(fā)酵培養(yǎng)基中，培養(yǎng)120h。

（4）發(fā)酵液中丁醇濃度最高為6g/L。

對比例2

一種餐廚廢棄物發(fā)酵生產(chǎn)丁醇的方法，包括以下步驟：

（1）餐廚廢棄物的預處理：先剔除不可生物降解的雜質(zhì)，然后將餐廚廢棄物粉碎，在加水將其稀釋，55℃復合酶解3h，得到水解葡萄糖含量25g/L的餐廚廢棄物酶解懸浮液。每克餐廚廢棄物添加淀粉酶6-10U、糖化酶50-200U、蛋白酶20-50U、纖維素酶 20-50U；

（2）種子培養(yǎng)：將Clostridium acetobutylicum UM80菌種的甘油管活化培養(yǎng)36h，作為種液。活化培養(yǎng)基為5%的玉米醪培養(yǎng)基；

（3）發(fā)酵培養(yǎng)：將種液按10%的接種量分別轉(zhuǎn)接到不同濃度的發(fā)酵培養(yǎng)基中，培養(yǎng)120；

（4）發(fā)酵液中丁醇濃度最高為4.3g/L。

由實施例1與對比例1、2比較，可以看出，將果渣和餐廚廢棄物混合發(fā)酵生產(chǎn)丁醇，發(fā)酵液中丁醇濃度比單獨利用餐廚廢棄物時提高了95%以上，比單獨利用蘋果渣時提高了30%以上?？?cè)軇舛缺葐为毨貌蛷N廢棄物時提高了約160%，比單獨利用蘋果渣時提高約57%。