一种促进餐饮垃圾转化形成还原糖的方法技术

本发明专利技术提供了一种促进餐饮垃圾转化形成还原糖的方法，具体步骤为：破碎餐饮垃圾，提油制浆，得到高浓度餐饮垃圾浓浆液；将氯化胆碱与甘油不加水直接混合，制备得到深共熔溶剂；将餐饮垃圾浓浆液与深共熔溶剂混合均匀，超声离心收集餐饮垃圾固相沉淀；将曲霉接种至含产酶培养基的容器内，培养后提取其粗酶液，添加蛋白酶，得到混合酶制剂；将固相沉淀加入水形成垃圾均质液，加入混合酶制剂，得到第一混合物；置于酶解罐放入恒温摇床中震荡得到第二混合物，监控第二混合物中可发酵糖浓度调节酶量。本发明专利技术能有效减短反应时间及降低所需温度；减小产物浓度过高造成的酶水解抑制现象，酶的利用率高，节约成本同时实现还原糖从生物质中更快速释放。质中更快速释放。质中更快速释放。

【技术实现步骤摘要】
一种促进餐饮垃圾转化形成还原糖的方法


[0001]本专利技术属于环境工程固废处理领域，具体涉及一种促进餐饮垃圾转化形成还原糖的方法。

技术介绍

[0002]随着我国餐饮业的高速发展及垃圾分类政策的推广普及，我国湿垃圾产量逐年提高，其中餐厨垃圾作为湿垃圾的主要组成部分之一，2019年全国餐厨垃圾产生量达到1.2亿吨。餐饮垃圾是具有较强生物转化潜力的有机原料，含有大量的糖类、蛋白类及油脂类营养物，可用于生产沼气、有机肥料、挥发性脂肪酸(VFAs)和生物质燃料乙醇等生物能源，因此将餐饮垃圾资源化具有较大的市场化前景。
[0003]然而，由于餐厨垃圾颗粒较大、有机质被固相包裹，往往后续难以被微生物利用，限制着餐厨垃圾的资源转化效率。餐饮垃圾中含有大量的不易溶、需要较长时间分解的淀粉和纤维素，这类糖类物质的水解速度制约着的发酵启动时间。在生物转化过程中，糖类比蛋白质和脂质更优先被微生物利用，其中可发酵糖是糖类中微生物最易利用的有机物，可以在短时间内被生物转化，因此，提升餐饮垃圾中还原糖浓度，是增强其可生化性的重要手段之一。
[0004]为了使大分子糖类物质(淀粉和纤维素等)朝小分子的可发酵糖转化，往往需要对餐饮垃圾采用预处理的方法使垃圾中有机物增溶和水解。餐饮垃圾中丰富的纤维素和半纤维素由于其稳定的结构，对崩解有很强的抵抗力，因此，需要适当的预处理来解构其相互交织的成分及破坏生物质的H键网格，使多糖更易于水解。尽管离子液体由于其特殊的溶剂化特性被认为是理想的预处理剂，但离子液体的高合成成本、毒性和生物降解性制约了其的工业化使用。
[0005]深共熔溶剂具有与离子液体非常相似的溶剂化特性，且有许多优点，例如与糖化酶的具有良好生物相容性、易于制备、可生物降解等，使深共熔溶剂作为离子液体的绿色和可持续替代品具有很高的使用前景。深共熔溶剂可以在预处理后分离并在后续的预处理循环中重复使用。然而，深共熔溶剂的相对高粘度可能是一个限制因素，可能会阻碍生物质预处理的速度。
[0006]酶解法是也是被广泛运用于增加各种原料中可发酵糖浓度的方法，具有不需要额外设备，节约能源，操作简单，无副产物等优点，能水解包括纤维素在内的多种大分子糖类物质，能进一步增高餐饮垃圾浆液中还原糖浓度。目前研究的比较广泛的产可发酵糖底物包括商业淀粉、农作物秸秆、竹子等，然而存在原料成本高、城市源原料利用少的问题；此外，酶试剂主要采用糖化酶、纤维素酶与半纤维素酶，组成单一、且商业酶价格较高，制约着酶解法的大规模应用。城市餐饮垃圾价格低廉、容易获得，然而其具有成分复杂的特点，目前缺少针对我国餐饮垃圾特性的复配酶试剂。
3.0g/L、KH2PO
4 3.0g/L、NaH2PO4·
2H2O 1.69g/L、MnSO4·
H2O 0.04g/L、ZnCl
2 0.02g/L、CaCl
2 0.076g/L、CuSO4·
5H2O 0.015g/L、CoCl2·
6H2O 0.015g/L、FeSO4·
7H2O 0.3g/L和EDTA
‑
2Na 0.67g/L；
[0023]进一步地，所述粗酶液酶活性在14000～22000U/mL，对大分子糖类物质的水解能力强，其中1个酶活单位定义为1h内形成1mg还原糖所需要的酶量；
[0024]进一步地，所述蛋白酶活性为350～700LAPU/g，其中1LAPU即亮氨酸氨基肽酶单位为每分钟水解1毫摩尔L
‑
亮氨酸
‑
对硝基苯胺所需的酶量；
[0025]进一步地，所述混合酶制剂的比例为：粗酶液:蛋白酶为1g:0.2～0.5g。
[0026]进一步地，所述步骤(5)中，TS浓度范围为50～200g/L，调节垃圾均质液pH为4.5～5.5。
[0027]进一步地，所述步骤(5)中，混合酶制剂的添加比例为：混合酶制剂添加量:垃圾均质液湿重为1g:100g～250g。
[0028]进一步地，所述步骤(6)中，恒温摇床温度为45℃～55℃；转速为120～200rpm，时间为6h～24h。
[0029]进一步地，所述步骤(6)中，控制系统采用自动取样的方式，利用与酶解罐相连的全自动还原糖测定仪每15～60min定期测定第二混合物的可发酵糖浓度；
[0030]进一步地，所述间歇投加酶制剂的方式为：检测垃圾均质液的总糖浓度，设置为可还原糖的上限值T，检测到第二混合物的可发酵糖浓度小于T值的50％时，自动补充混合酶制剂，补充量为初始混合酶制剂添加量的1/4；检测到可发酵糖浓度为T值的50～70％时，补充量为初始混合酶制剂添加量的1/8；检测到可发酵糖浓度为T值的70～90％时，不补充酶，待下一次测定浓度；检测到可发酵糖浓度超过90％T时，酶促过程结束，排出含高可发酵糖浓度的餐饮垃圾浆液，在酶解罐中重新投加新鲜的步骤(5)所述的第一混合物，重复步骤(6)，进行多批酶促过程。
[0031]本专利技术有益的技术效果在于：
[0032]本专利技术针对我国餐饮垃圾中固体含量高、具有丰富的淀粉和纤维素类物质的特点，利用深共熔溶剂及超声的联合预处理方式降解餐饮垃圾中的纤维素，能有效减短反应时间及降低所需的温度，实现糖从生物质中更快速释放的有效预处理。本方法具有操作简便和促进转化形成还原糖效果显著的优点。
[0033]本专利技术制备的深共熔溶剂制备方法简单、环境友好、可生物降解，对后续酶促处理不造成抑制性，同时拥有可回收性，能在预处理后分离并在后续的预处理循环中重复使用。实现了原料的重复利用，降低成本。
[0034]本专利技术为减少酶试剂成本，利用黑曲霉生产含有水解多糖能力的粗酶，此外，一部分糖类物质受到蛋白质的包裹无法释放，因此额外添加蛋白酶能进一步提升餐饮垃圾酶解后可发酵糖的浓度。
[0035]本专利技术通过曲霉产粗酶液，能大幅降低酶的成本，产出的粗酶液含有大量丰富的可用于餐饮垃圾中纤维素和淀粉水解的多种糖酶，辅佐加入蛋白酶使被包裹住的糖类得以释放，达到生产大量还原糖的目的。本方法具有促进转化形成还原糖效果显著的优点。
[0036]本专利技术通过分批补料，以及自动检测还原糖浓度并自动补充混合酶制剂的方式，可以有效减小产物浓度过高造成的酶水解抑制现象，酶的利用率高，同时能减少酶的添加
量，节约成本。本方法具有操作简便和促进转化形成还原糖效果显著的优点。
附图说明
[0037]图1是促进餐饮垃圾转化形成还原糖的方法的具体步骤。
具体实施方式
[0038]下面结合附图和实施例，对本专利技术进行具体描述。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0039]实施例1：
[0040](1)如图1所示，通过料理机将餐饮垃圾破碎至粒径小于0.5mm，蒸煮法提油至含油量为1.8％，加入自本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种促进餐饮垃圾转化形成还原糖的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)破碎餐饮垃圾，提油制浆，得到高浓度餐饮垃圾浓浆液；(2)将氯化胆碱与甘油不加水直接混合，将所得混合物加热并搅拌，直到形成均匀透明的液体，制备得到成分为氯化胆碱/甘油的深共熔溶剂；(3)将步骤(2)得到的深共熔溶剂在使用前冷却至室温，将步骤(1)得到的餐饮垃圾浓浆液与深共熔溶剂混合均匀，将其进行超声预处理，预处理后将其冷却至室温，离心后将含有深共熔溶剂的混合溶液回收进行下一轮的预处理，并收集餐饮垃圾固相沉淀用于后续酶促处理；(4)将曲霉接种至含产酶培养基的容器内，培养后提取其粗酶液；然后加上蛋白酶，得到混合酶制剂；(5)将步骤(3)得到的固相沉淀加入水形成垃圾均质液，调整固体浓度TS，调节其pH，加入步骤(4)所得混合酶制剂，得到第一混合物；(6)将步骤(5)得到的第一混合物置于酶解罐放入恒温摇床中震荡，得到第二混合物，通过控制系统监控第二混合物中可发酵糖浓度，按间歇投加的方式补充混合酶制剂，通过反馈调节酶量。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)中餐饮垃圾浓浆液粒径小于1mm；提油制浆后含油量低于4％；TS浓度范围为200～300g/L。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(2)中氯化胆碱与甘油的比例为1mol氯化胆碱加入3～12mol甘油，将所得混合物在50～70℃加热并以120～250rpm搅拌1h～3h，直到形成均匀透明的液体，制备得深共熔溶剂。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，将步骤(1)得到的餐饮垃圾浓浆液与深共熔溶剂按体积比1:1～5的比例混合均匀；超声预处理的频率为15～30kHz，振幅为30～60％，功率为30～50w，脉冲周期为20～30秒开/10秒关，处理时间为15～30min。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(4)中，曲霉为黑曲霉Aspergillus niger；所述培养方式为固态发酵；培养方法为三角瓶中加入10g～20g产酶培养基，于灭菌锅中在在121℃、20min条件下灭菌后，在温度降到30℃后接入1mL～3mL黑曲霉孢子悬液；其中，黑曲霉孢子悬液浓度为0.8～1.2
×
10
‑8CFU/mL；所述提取粗酶液的方法为，取培养3
‑
6d后的菌液10g，加入40～60mL的pH为4.5～4.7的醋酸钠缓冲液，放入温度为38～45℃，转速为150～180rpm摇床中浸提1～2h，过滤离心后即得到粗酶液；所述产酶培养基配方为...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑雄，胡婉莹，陈银广，吴瑒，陈玥汐，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：