本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用，具體涉及一種干濕耦合厭氧發(fā)酵高效合成中鏈脂肪酸的方法。

背景技術(shù)：

1、在當(dāng)今全球能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和環(huán)境保護(hù)的雙重壓力下，生物質(zhì)能源的開發(fā)利用成為研究的熱點。農(nóng)作物秸稈中含有大量木質(zhì)纖維素，可為厭氧發(fā)酵微生物提供豐富的碳源。近年來，利用厭氧酸化技術(shù)處理秸稈，進(jìn)行碳鏈延長合成中鏈脂肪酸受到廣泛關(guān)注。秸稈的高效化利用對于保護(hù)環(huán)境、廢棄物綠色應(yīng)用和高值轉(zhuǎn)化具有十分重要的意義。

2、因碳鏈延長微生物難以直接利用農(nóng)業(yè)廢棄物中的大分子有機(jī)物，因此，目前，干濕耦合厭氧發(fā)酵合成中鏈脂肪酸也大多采用兩步法發(fā)酵合成。先利用酸化類微生物分解農(nóng)業(yè)廢棄物產(chǎn)生短鏈脂肪酸作為電子受體；短鏈脂肪酸在碳鏈延長微生物作用下轉(zhuǎn)化為中鏈脂肪酸。而利用短鏈脂肪酸合成中鏈脂肪酸時，涉及電子供體的氧化以及電子受體的還原，發(fā)酵體系中短鏈脂肪酸適宜作為電子受體進(jìn)行碳鏈延長合成偶數(shù)碳中鏈脂肪酸，電子供體不足，因此，厭氧發(fā)酵體系中通常需要添加外源電子供體來維持穩(wěn)定的碳鏈延長過程，降低了中鏈脂肪酸的合成效率。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供了一種干濕耦合厭氧發(fā)酵高效合成中鏈脂肪酸的方法，無需額外添加電子供體，提高了中鏈脂肪酸的合成效率。

2、為了解決上述問題，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供了一種干濕耦合厭氧發(fā)酵高效合成中鏈脂肪酸的方法，包括以下步驟：

4、將農(nóng)業(yè)廢棄物與粘合劑溶液混合，得到預(yù)處理后的農(nóng)業(yè)廢棄物；所述粘合劑為殼聚糖和單寧酸；

5、將所述預(yù)處理后的農(nóng)業(yè)廢棄物浸泡在培養(yǎng)液中進(jìn)行培養(yǎng)，得到固定菌的農(nóng)業(yè)廢棄物；所述培養(yǎng)液包括水解酸化細(xì)菌和產(chǎn)乳酸菌；

6、將固定菌的農(nóng)業(yè)廢棄物在干濕耦合式厭氧發(fā)酵裝置中進(jìn)行干法厭氧發(fā)酵和濕法厭氧發(fā)酵，得到中鏈脂肪酸；

7、將所述干法厭氧發(fā)酵的酸化產(chǎn)物噴淋至濕法厭氧發(fā)酵的反應(yīng)器；所述噴淋應(yīng)用的溶液包括含有高鐵酸鉀的沼液。

8、優(yōu)選的，所述粘合劑的應(yīng)用形式包括殼聚糖和單寧酸混合液；所述殼聚糖和單寧酸混合液的制備方法，包括：將殼聚糖與醋酸溶液混合得到殼聚糖溶液，將所述殼聚糖溶液與單寧酸溶液混合離心后取上清液，即為殼聚糖和單寧酸混合液。

9、優(yōu)選的，所述水解酸化細(xì)菌包括梭菌屬（ clostridiumsp .）；所述產(chǎn)乳酸菌包括乳酸桿菌（ lactobacillus）。

10、優(yōu)選的，所述濕法厭氧發(fā)酵中添加接種物；所述接種物中含有具有碳鏈延長功能的微生物。

11、優(yōu)選的，所述沼液中高鐵酸鉀的質(zhì)量濃度為3.0~6.0g/l；以干法厭氧發(fā)酵應(yīng)用的發(fā)酵裝置的有效容積計，所述沼液的添加量為有效容積的10%~30%；所述沼液的噴淋頻率為4~6次/d。

12、優(yōu)選的，所述干法厭氧發(fā)酵的發(fā)酵體系總固體含量為15%~30%。

13、優(yōu)選的，所述干法厭氧發(fā)酵的發(fā)酵時間為5~15d；所述濕法厭氧發(fā)酵的發(fā)酵時間為7~11d。

14、優(yōu)選的，所述干法厭氧發(fā)酵和所述濕法厭氧發(fā)酵的發(fā)酵溫度分別為35~40℃；所述干法厭氧發(fā)酵和所述濕法厭氧發(fā)酵的發(fā)酵體系ph值分別為5.5~6.5。

15、優(yōu)選的，所述干法厭氧發(fā)酵過程中進(jìn)行曝氣，所述曝氣方式包括間歇曝氣；以干法厭氧發(fā)酵的發(fā)酵體系的體積計，每次的曝氣量為0.1~0.3l氧氣/l，曝氣時間為干法厭氧發(fā)酵的第1~3d，曝氣的間隔時間為15~30min。

16、優(yōu)選的，所述農(nóng)業(yè)廢棄物包括秸稈；所述秸稈包括玉米秸稈。

17、本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明提供一種干濕耦合厭氧發(fā)酵高效合成中鏈脂肪酸的方法，本發(fā)明的技術(shù)方案創(chuàng)造性地采用殼聚糖和單寧酸的全生物基材料作為粘合劑預(yù)處理農(nóng)業(yè)廢棄物，將水解酸化細(xì)菌和產(chǎn)乳酸菌固定在農(nóng)業(yè)廢棄物上，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物高效水解酸化，定向生產(chǎn)乳酸和乙酸；乙酸作為電子受體，乳酸作為電子供體，為碳鏈延長階段提供優(yōu)質(zhì)底物。再加之，創(chuàng)新通過噴淋含有高鐵酸鉀的沼液，將水解酸化區(qū)產(chǎn)生的酸化產(chǎn)物通過沼液噴淋進(jìn)入碳鏈延長區(qū)，與底部碳鏈延長菌群接觸后進(jìn)一步合成中鏈脂肪酸，同時高鐵酸鉀的存在也可以促進(jìn)體系種間電子傳遞，進(jìn)一步強(qiáng)化碳鏈延長反應(yīng)，縮短發(fā)酵時間高效合成中鏈脂肪酸。

18、由此可見，本發(fā)明提供的技術(shù)方案能夠?qū)崿F(xiàn)中鏈脂肪酸己酸的高效合成，水解酸化區(qū)采用干法厭氧發(fā)酵工藝，耦合碳鏈延長區(qū)采用濕法厭氧發(fā)酵工藝，較傳統(tǒng)的厭氧發(fā)酵碳鏈延長合成中鏈脂肪酸工藝相比，可實現(xiàn)提高原料處理量，提高物質(zhì)轉(zhuǎn)化率，在不外加電子供體的同時維持生產(chǎn)過程的穩(wěn)定和控制，降低了投入的技術(shù)和設(shè)備成本。

技術(shù)特征：

1.一種干濕耦合厭氧發(fā)酵高效合成中鏈脂肪酸的方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述粘合劑的應(yīng)用形式包括殼聚糖和單寧酸混合液；所述殼聚糖和單寧酸混合液的制備方法，包括：將殼聚糖與醋酸溶液混合得到殼聚糖溶液，將所述殼聚糖溶液與單寧酸溶液混合離心后取上清液，得到殼聚糖和單寧酸混合液。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述水解酸化細(xì)菌包括梭菌屬（clostridium?sp.）；所述產(chǎn)乳酸菌包括乳酸桿菌（lactobacillus）。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述濕法厭氧發(fā)酵中添加接種物；所述接種物中含有具有碳鏈延長功能的微生物。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述沼液中高鐵酸鉀的質(zhì)量濃度為3.0~6.0g/l；以干法厭氧發(fā)酵應(yīng)用的發(fā)酵裝置的有效容積計，所述沼液的添加量為有效容積的10%~30%；所述沼液的噴淋頻率為4~6次/d。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述干法厭氧發(fā)酵的發(fā)酵體系總固體含量為15%~30%。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述干法厭氧發(fā)酵的發(fā)酵時間為5~15d；所述濕法厭氧發(fā)酵的發(fā)酵時間為7~11d。

8.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的方法，其特征在于，所述干法厭氧發(fā)酵和所述濕法厭氧發(fā)酵的發(fā)酵溫度分別為35~40℃；所述干法厭氧發(fā)酵和所述濕法厭氧發(fā)酵的發(fā)酵體系ph值分別為5.5~6.5。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述干法厭氧發(fā)酵過程中進(jìn)行曝氣，所述曝氣方式包括間歇曝氣；以干法厭氧發(fā)酵的發(fā)酵體系的體積計，每次的曝氣量為0.1~0.3l氧氣/l，曝氣時間為干法厭氧發(fā)酵的第1~3d，曝氣的間隔時間為15~30min。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述農(nóng)業(yè)廢棄物包括秸稈；所述秸稈包括玉米秸稈。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種干濕耦合厭氧發(fā)酵高效合成中鏈脂肪酸的方法。本發(fā)明提供一種干濕耦合厭氧發(fā)酵高效合成中鏈脂肪酸的方法，通過發(fā)酵裝置分區(qū)將水解酸化微生物和碳鏈延長微生物進(jìn)行空間隔離，創(chuàng)新采用殼聚糖和單寧酸作為粘合劑，將水解酸化細(xì)菌和產(chǎn)乳酸菌固定在農(nóng)業(yè)廢棄物上，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物高效水解酸化，定向生產(chǎn)乳酸和乙酸，為碳鏈延長階段提供優(yōu)質(zhì)底物。再加之，創(chuàng)新通過噴淋含有高鐵酸鉀的沼液，將水解酸化區(qū)產(chǎn)生的酸化產(chǎn)物噴淋至碳鏈延長區(qū)，合成中鏈脂肪酸，同時高鐵酸鉀促進(jìn)體系種間電子傳遞，進(jìn)一步強(qiáng)化碳鏈延長反應(yīng)，縮短發(fā)酵時間高效合成中鏈脂肪酸。

技術(shù)研發(fā)人員：趙立欣,梁依,于佳動,姚宗路,馮晶,申瑞霞,羅娟
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19