一种高盐胁迫下复合调控因子强化有机酸合成中碳链延长微生物高效富集的方法技术

本发明专利技术涉及微生物合成有机酸技术领域，具体涉及一种高盐胁迫下复合调控因子强化有机酸合成中碳链延长微生物高效富集的方法，复合调控因子由无机盐和甘氨酸甜菜碱组成，所述方法包括以下步骤：(1)利用乙酸和乙醇作为初始反应底物构建厌氧条件下链延长体系；(2)在步骤(1)所述的链延长反应体系中添加复合调控因子外源强化碳链延长功能微生物高效富集，并进行链延长反应合成更长链的有机酸；(3)将步骤(2)反应得到的有机酸利用真空气提装置进行回收。所述方法对厌氧微生物群落中碳链延长功能微生物进行定向调控，实现了反应体系中丁酸的显著积累，为利用开放体系从固体废物或者废水中高效回收高价值产物提供基础。中高效回收高价值产物提供基础。中高效回收高价值产物提供基础。

【技术实现步骤摘要】
一种高盐胁迫下复合调控因子强化有机酸合成中碳链延长微生物高效富集的方法


[0001]本专利技术涉及微生物合成有机酸
，具体涉及一种高盐胁迫下复合调控因子强化有机酸合成中碳链延长微生物高效富集的方法。

技术介绍

[0002]人类活动和社会生产会产生大量的固体有机废弃物和高浓度的有机废水，对其进行高效处理并在此过程中回收一定的能源具有十分重要的意义。厌氧消化是目前大规模固体有机废弃物或高浓度有机废水资源化的重要途经，通过厌氧消化可以将有机物转化成氢气和甲烷等清洁能源。在厌氧反应体系中，除产氢产甲烷过程外还同时存在碳链延长过程，通过链延长反应可以合成比氢气和甲烷更具经济价值的中长链脂肪酸。碳链延长微生物能够进行逆β
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氧化，实现短链挥发性脂肪酸的延长，利用固体废弃物或者废水中的还原性物质(如乙醇、乳酸)作为电子供体，短链脂肪酸(如乙酸，丙酸)作为电子受体，合成具有更高价值的更长链有机酸(如丁酸，己酸)，实现碳的高值化利用。
[0003]通常大规模固体废弃物或废水资源化的厌氧消化系统是一个开放的体系，同时存在多种混合微生物。而产甲烷微生物作为碳链延长微生物的竞争者，广泛的存在于厌氧体系中。与链延长过程相反，产甲烷过程中产甲烷古菌与其互营菌，可将厌氧体系中的有机酸(如丁酸)分解转化成更少碳的有机酸(乙酸)，最后进一步转化为甲烷。在链延长反应体系中，产甲烷过程的存在，严重影响了丁酸的积累以及更长链脂肪酸的产量。在混合菌发酵资源化体系中，抑制产甲烷过程的发生，进而促进丁酸等链延长产物的积累具有极大的环境效益和经济价值。
[0004]因此提供了一种混合菌群中碳链延长微生物高效富集的方法，从而利用有机固体废弃物或者废水高效合成有机酸。复合的外源调控因子作用于微生物碳链延长体系，在链延长的过程中能够抑制产甲烷反应，促进有机酸的积累，克服开放链延长反应系统中产甲烷过程对于链延长产物消耗的问题，提高厌氧微生物合成有机酸的效率，从而实现固体废物或者废水处理过程中高价值产物的有效回收。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提出一种具有微生物群落结构调控作用的复合调控因子，并利用复合调控因子外源强化微生物碳链延长过程功能微生物的高效富集，促进高附加值有机酸合成和累积。利用外源添加的复合调控因子对碳链延长功能微生物进行调控，从而增加碳链延长产物中长链有机酸的合成，减少产物消耗，为利用开放体系从固体废物或者废水处理中有效回收高价值产物提供基础。
[0006]为实现上述目的，本专利技术第一个方面公开了一种复合调控因子，由无机盐和甘氨酸甜菜碱组成；用于碳链延长过程中，促进有机酸的合成。
[0007]优选地，所述无机盐为氯化钠、硫酸钠和氯化钾中一种或多种的组合。
[0008]优选地，所述无机盐在碳链延长过程添加浓度为0.5
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3％；所述甘氨酸甜菜碱在碳链延长过程添加浓度为1～5mM。优选地，无机盐的添加浓度为1％，甘氨酸甜菜碱的添加浓度为5mM。
[0009]其中，本专利技术中所述碳链延长过程主要指的是还原性物质乙醇、乳酸作为电子供体，短链脂肪酸乙酸，丙酸作为电子受体，合成中长链有机酸丁酸，己酸的反应。
[0010]固体有机废弃物或废水厌氧消化系统中的厌氧微生物群落作为一种复杂的微生物体系，同时存在产甲烷以及链延长这两种功能微生物，同时发生丁酸消耗和丁酸合成两个互逆的代谢过程。本专利技术基于其中不同微生物对于盐胁迫的耐受程度不同，提出该复合调控因子，定向调控具有链延长功能的微生物。产甲烷古菌及其互养微生物是盐敏感的微生物，在盐胁迫条件下活性受到严重抑制；而以克氏梭菌为代表的链延长微生物大多属于梭菌属，有一定的耐受盐胁迫的能力。本专利技术的技术方案通过在链延长的过程中设定合适的无机盐浓度，构建盐胁迫的环境条件，一定程度上克服开放链延长反应系统中产甲烷过程对于链延长产物消耗的问题，促进链延长产物的高效积累。同时专利技术人发现在盐胁迫的环境中复合添加甘氨酸甜菜碱，可以起到定向保护链延长微生物(如克氏梭菌)的作用，防止其受到高浓度盐离子胁迫，维持其生理代谢活性，而不会使得产甲烷菌及其互养微生物在盐胁迫环境下保持竞争力，从而更加显著提升链延长微生物在复合群落中的丰度，促进有机酸如丁酸的合成。
[0011]本专利技术第二个方面公开了上述复合调控因子在碳链延长过程中使用的方法，配置碳链延长微生物液体培养基，在液体培养基中接种有碳链延长功能的微生物混合菌群，并加入乙醇和乙酸作为初始反应的底物，同时向该碳链延长体系中加入上述复合调控因子，吹氮气后密封隔绝空气，构建得到厌氧条件下的碳链延长密封反应体系，放入恒温摇床中连续培养，同时将发酵装置连接真空气提装置以实现产物的原位分离回收，得到有机酸产物。
[0012]优选地，液体培养基包括包括醋酸盐、乙醇、MgCl2·
6H2O、K2HPO4·
3H2O、CaCl2·
2H2O、NH4Cl、KH2PO4、FeSO4·
7H2O和微量元素溶液。
[0013]更优选地，所述的微量元素溶液包括H3BO3、NiCl2·
6H2O、ZnCl2、CoCl2·
6H2O、Na2MoO4·
2H2O、CuCl2·
2H2O。
[0014]优选地，所述微生物混合菌群包括克氏梭菌和埃氏巨型球菌中至少一种。
[0015]优选地，所述的培养体系pH为6.5～7.5；所述的摇床恒温培养温度为25～35℃；所述反应体系中容积为100～300mL；所述厌氧反应体系的培养时间为15～30天。
[0016]优选地，本专利技术所利用的气提装置由真空泵，盘管冷凝器，制冷机，冷水阱和高压氮气瓶连接而成。发酵瓶一端连接高压氮气瓶，用于发酵瓶内气体压力补充；发酵瓶另一端连接盘管冷凝器与制冷机，用于冷凝回收气提产物中的小分子有机酸；同时真空泵通过盘管冷凝器连接至发酵装置，使发酵瓶内形成负压的环境促进发酵液中链延长产物的挥发；冷水阱与真空泵另一端连接进一步收集逸出的气体。
[0017]本专利技术利用上述方案构建废弃物或废水的厌氧消化体系，通过向构建的厌氧消化体系中添加复合调控因子，来验证复合调控因子在有机酸(如丁酸的)生成的促进作用。成本低，条件便于控制。
[0018]本专利技术第三个方面公开了上述复合调控因子在微生物利用有机废水中的有机物
合成中长链有机酸过程中的应用，具体为可以在复合菌群中显著提升具有链延长功能的克氏梭菌的丰度。
[0019]本专利技术利用无机盐复配甘氨酸甜菜碱的复合调控因子，使用在有机酸高效合成的链延长体系中，与丁酸合成相关的链延长微生物克氏梭菌(Clostridium kluyveri)的丰度与对照组相比显著升高，而与丁酸消耗相关的甲烷菌及其互养菌的丰度显著降低。本专利技术所公开的复合调控因子可以解决开放链延长反应体系中存在的多种混合微生物对于链延长产物的消耗，抑制链延长反应体系中产甲烷菌的活性，增加链延长微生物比例。
[0020]与现有技术相比，本专利技术有如下有益效果：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳链延长过程中促进有机酸合成功能微生物高效富集的复合调控因子，由无机盐和甘氨酸甜菜碱组成。2.如权利要求1所述的复合调控因子，其特征在于，所述无机盐为氯化钠、硫酸钠和氯化钾中一种或多种的组合。3.如权利要求1所述的复合调控因子，其特征在于，所述无机盐在碳链延长过程添加浓度为0.5
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3％；所述甘氨酸甜菜碱在碳链延长过程添加浓度为1～5mM。4.如权利要求1所述的碳链延长过程，是以还原性物质乙醇、乳酸作为电子供体，短链脂肪酸乙酸，丙酸作为电子受体，合成长链有机酸丁酸，己酸的反应。5.一种利用权利要求1
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3任一项所述的复合调控因子在碳链延长过程中促进有机酸合成功能微生物高效富集的方法，其特征在于，配置碳链延长微生物液体培养基，在液体培养基中接种有碳链延长功能的微生物混合菌群，并加入乙醇和乙酸作为初始反应的底物，同时向该碳链延长体系中加入所述复合调控因子，吹氮气后密封隔绝空气，构建得到厌氧条件下的碳链延长密封反应体系，放入恒温摇床中连续培养，同时将发酵装置连接真空气提装置以实现产物的原位分离回收，得到有机酸产物。6.根据权利要求5所述促进有机酸合成功能微生物高效富集的方法，其特征在于，液体培养基包括包括乙酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：李庭刚，郭慧媛，滕泽栋，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：