一种强化农业废弃物合成中链脂肪酸的方法技术

本发明专利技术属于农业废弃物资源化利用技术领域。本发明专利技术提供了一种强化农业废弃物合成中链脂肪酸的方法，本发明专利技术以秸秆、畜禽粪便、餐厨和尾菜中的一种或几种原料为发酵底物，创新构建高含固率（TS≥15%）连续推流单相产酸发酵体系及应用两相产酸发酵体系。本发明专利技术通过添加金属化合物的方式对农业废弃物转化合成中链脂肪酸的全过程进行代谢路径调控，在达到前端乳酸乙酸/乙醇乙酸协同生产的基础上，还实现了后端中链脂肪酸生产。端中链脂肪酸生产。端中链脂肪酸生产。

【技术实现步骤摘要】
一种强化农业废弃物合成中链脂肪酸的方法


[0001]本专利技术属于农业废弃物资源化利用
，具体涉及一种强化农业废弃物合成中链脂肪酸的方法。

技术介绍

[0002]我国秸秆年产生量8.65亿吨、畜禽粪污年产生量约30.5亿吨、厨余垃圾年产生量1.27亿吨，大量的废弃物能够通过厌氧技术实现能源的再利用。通过厌氧发酵手段将废弃物水解为短链脂肪酸，再通过特定微生物的碳链延长反应转化为中链脂肪酸，是秸秆高值化的利用途径之一。
[0003]已知的，厌氧发酵过程中C、N、S等元素是影响发酵效果的重要参数，除这些主要元素外，微量元素也是必不可少的提高微生物生化反应速率的重要因素，微量元素缺失会导致微生物生长陷入停滞，严重的导致发酵系统紊乱，显著影响目标产物得率。有研究发现，Fe添加可促进餐厨垃圾厌氧消化甲烷产量的大幅度增加，甲烷产量比对照组提高14.80%，富集Methanosarcina等相关产甲烷菌。也有研究表明添加Ni、Fe 100 mg/L时，体系氢产率为222 mL/g葡萄糖，比对照氢产率提高了38.6%，Ni、Fe的添加将C.butyricum丰度从10.6%增加到15.0%，促进了丁酸型发酵相关酶活性，导致发酵途径向丁酸型代谢转变。
[0004]废弃物水解为乳酸乙酸或者乙醇乙酸时，能够为碳链延长提供可利用底物，则无需额外添加电子供体/受体便可实现中链脂肪酸生产。
[0005]乳酸、乙酸协同的代谢途径是异型产乳酸发酵。一些异型产乳酸的乳酸菌依赖戊糖磷酸途径代谢葡萄糖，葡萄糖经过磷酸脱氢酶、磷酸转酮酶等的代谢后生成5磷酸木酮糖，异型产酸途径的关键步骤是由磷酸转酮酶催化5磷酸木酮糖裂解为乙酰磷酸和3磷酸甘油醛的反应。一方面乙酰磷酸被乙酸激酶催化为乙酸，另一方面3磷酸甘油醛能够再次通过糖酵解途径生成丙酮酸，丙酮酸在乳酸脱氢酶作用下还原为乳酸，进而实现产乳酸乙酸的协同生产。异型产乳酸的乳酸菌主要微生物包括短乳杆菌、植物乳杆菌和副乳杆菌等。
[0006]乙醇、乙酸协同的代谢途径是乙醇型发酵。乙醇型发酵是指在厌氧条件下，微生物通过糖酵解过程（又称EMP途径）将葡萄糖转化为丙酮酸，丙酮酸进一步脱羧形成乙醛，乙醛在乙醇脱氢酶的作用下还原为乙醇。乙醇和乙酸的协同生产主要微生物是哈尔滨产乙醇杆菌、毕赤酵母M1等真菌。
[0007]碳链延长过程包括电子供体氧化和逆β氧化。逆β氧化过程是电子供体（乙醇、乳酸）与电子受体（乙酸）链延长生成中链脂肪酸代谢途径中的核心过程。乙醇或乙酸作为电子供体氧化生成乙酰辅酶A，乙酰辅酶A进入逆β氧化循环。逆β氧化中乙酸延长为正丁酸的第一个循环中，借助乙酰辅酶A硫代酶A作用乙酰辅酶A偶联另一个乙酰辅酶A生成乙酰乙酰辅酶A，在经过一系列酶促反应后生成关键中间产物丁酰辅酶A；在乙酰辅酶A转移酶的作用下，一个丁酰辅酶A转移到乙酸生成正丁酸释放乙酰辅酶A，释放的乙酰辅酶A再次进入第一个循环中与乙醇氧化后的乙酰辅酶A结合继续进行乙酸的碳链延长。同样的，正丁酸延长为正己酸的第二个循环中，乙酰辅酶A与丁酰辅酶A结合生成关键产物己酰辅酶A，己酰辅酶A
作用于丁酸生成正己酸并释放丁酰辅酶A，释放的丁酰辅酶A与乙醇氧化后的乙酰辅酶A结合再次进入第二个循环。而后正己酸能够继续通过逆β氧化途径进行偶数碳链延长生成辛酸。产中链脂肪酸过程中的相关微生物有梭状芽胞杆菌、瘤胃球菌科细菌等。
[0008]综上来看，碳链延长过程中，如何提高定向调控协同产乳酸乙酸/乙醇乙酸的效率是促进碳链延长合成己酸、辛酸等中链脂肪酸的关键。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于提供一种强化农业废弃物合成中链脂肪酸的方法，本专利技术的方法能够促进碳链延长合成中链脂肪酸。
[0010]本专利技术提供了一种强化农业废弃物合成中链脂肪酸的方法，包括以下步骤：
[0011]将农业废弃物和金属化合物混合，得到混合料；所述农业废弃物包括秸秆、粪污、餐厨垃圾和尾菜中的一种或几种；所述金属化合物包括
①
~
⑩
所示金属化合物中的一种或几种：
①
FeCl2；
②
CuCl2；
③
CoCl2；
④
MnCl2；
⑤
Na2MoO4；
⑥
NiCl2；
⑦
KCl；
⑧
Na2SeO3；
⑨
ZnCl2和
⑩
MgCl2；所述FeCl2的工作浓度为800~1500 mg/L；所述CuCl2的工作浓度为2~15 mg/L；所述CoCl2的工作浓度为120~220 mg/L；所述MnCl2的工作浓度为80~150 mg/L；所述Na2MoO4的工作浓度为20~40 mg/L；所述NiCl2的工作浓度为5~30 mg/L；所述KCl的工作浓度为5~30 mg/L；所述Na2SeO3的工作浓度为1~5 mg/L；所述ZnCl2的工作浓度为50~120 mg/L；所述MgCl2的工作浓度为50~120 mg/L；当所述农业废弃物为秸秆时，所述金属化合物包括
①③④⑨⑩
所示金属化合物；当所述农业废弃物为粪污时，所述金属化合物包括
③⑤⑥
所示金属化合物；当所述农业废弃物为餐厨垃圾和/或尾菜时，所述金属化合物包括
①②③⑥⑧⑨
所示金属化合物；对所述混合料进行单相反应或双相反应；所述单相反应包括：调节所述混合料的碳氮比为（25~35）：1，含固率为15%~20%，得到第一发酵料；将所述第一发酵料加入到横推流反应器的前端后，调节第一发酵料的pH值为4.5~5.5并在第一发酵料中接种异型产乳酸菌剂，进行第一水解酸化反应，得到第一水解酸化产物；调节所述第一水解酸化产物的pH值为5~6并在第一水解酸化产物中接种碳链延长污泥和添加
①②③④⑥⑨⑩
所示金属化合物，于横推流反应器的后端进行第一碳链延长反应，得到含中链脂肪酸的水解酸化产物；或者，将所述第一发酵料加入到横推流反应器的前端后，调节第一发酵料的pH值≤4.0并在第一发酵料中接种产乙醇真菌，进行第二水解酸化反应，得到第二水解酸化产物；调节所述第二水解酸化产物的pH值为4.5~6.5并在第二水解酸化产物中接种碳链延长污泥和添加
②③④⑤⑥⑨
所示金属化合物，于横推流反应器的后端进行第二碳链延长反应，得到含中链脂肪酸的水解酸化产物；所述双相反应包括：调节所述混合料的碳氮比为（25~35）：1，含固率为25%~30%，在所述混合料中接种厌氧活性污泥和添加
⑤⑨
所示金属化合物并调节所述混合料的pH值≤4，得到第二发酵料；或者，调节所述混合料的碳氮比为（25~35）：1，含固率为25%~30%，在所述混合料中接种厌氧活性污泥和添加
①⑩
所示金属化合物并调节所述混合料的pH值为4.5~6，得到第三发酵料；将所述第二发酵料或第三发酵料加入到LBR反应器，进行第三水解酸化反应，得到第三水解酸化产物；调节所述第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种强化农业废弃物合成中链脂肪酸的方法，其特征在于，包括以下步骤：将农业废弃物和金属化合物混合，得到混合料；所述农业废弃物包括秸秆、粪污、餐厨垃圾和尾菜中的一种或几种；所述金属化合物包括
①
~
⑩
所示金属化合物中的一种或几种：
①
FeCl2；
②
CuCl2；
③
CoCl2；
④
MnCl2；
⑤
Na2MoO4；
⑥
NiCl2；
⑦
KCl；
⑧
Na2SeO3；
⑨
ZnCl2和
⑩
MgCl2；所述FeCl2的工作浓度为800~1500 mg/L；所述CuCl2的工作浓度为2~15 mg/L；所述CoCl2的工作浓度为120~220 mg/L；所述MnCl2的工作浓度为80~150 mg/L；所述Na2MoO4的工作浓度为20~40 mg/L；所述NiCl2的工作浓度为5~30 mg/L；所述KCl的工作浓度为5~30 mg/L；所述Na2SeO3的工作浓度为1~5 mg/L；所述ZnCl2的工作浓度为50~120 mg/L；所述MgCl2的工作浓度为50~120 mg/L；当所述农业废弃物为秸秆时，所述金属化合物包括
①③④⑨⑩
所示金属化合物；当所述农业废弃物为粪污时，所述金属化合物包括
③⑤⑥
所示金属化合物；当所述农业废弃物为餐厨垃圾和/或尾菜时，所述金属化合物包括
①②③⑥⑧⑨
所示金属化合物；对所述混合料进行单相反应或双相反应；所述单相反应包括：调节所述混合料的碳氮比为（25~35）：1，含固率为15%~20%，得到第一发酵料；将所述第一发酵料加入到横推流反应器的前端后，调节第一发酵料的pH值为4.5~5.5并在第一发酵料中接种异型产乳酸菌剂，进行第一水解酸化反应，得到第一水解酸化产物；调节所述第一水解酸化产物的pH值为5~6并在第一水解酸化产物中接种碳链延长污泥和添加
①②③④⑥⑨⑩
所示金属化合物，于横推流反应器的后端进行第一碳链延长反应，得到含中链脂肪酸的水解酸化产物；或者，将所述第一发酵料加入到横推流反应器的前端后，调节第一发酵料的pH值≤4.0并在第一发酵料中接种产乙醇真菌，进行第二水解酸化反应，得到第二水解酸化产物；调节所述第二水解酸化产物的pH值为4.5~6.5并在第二水解酸化产物中接种碳链延长污泥和...

【专利技术属性】
技术研发人员：于佳动，黄越，赵立欣，姚宗路，申瑞霞，罗娟，
申请(专利权)人：中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所，
类型：发明
国别省市：