【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于有机废弃物资源化领域，具体涉及一种利用生物炭促进发酵过程氨基酸生产的方法。
技术介绍
1、厌氧发酵工艺的资源回收需要变革。厌氧发酵是减量化有机废弃物并从中回收能量用于发电的重要技术。富含甲烷的生物沼气是厌氧发酵过程回收能量的主要对象。然而，在厌氧消化器中，由于产乙酸和产甲烷这两种菌的互营生存容易受到运行负荷等环境参数破坏，甲烷产量低导致的能量回收率低(据文献报道，仅为进水可回收有机质能量的10％-14％，hao et al.water reserch,2019)。并且，甲烷和二氧化碳作为重要的温室气体，成为碳中和背景下关键的减排对象。因此，抑制甲烷和二氧化碳产生，而回收高附加值中间产物是有前景的。
2、抑制产甲烷途径是首要的。在厌氧消化所有代谢物中，甲烷是碳素存在的最低吉布斯自由能的分子形式(虽然达到完全产甲烷周期较长，通常需要20-30d)，因此，要在厌氧消化过程扩大生产其他高附加值有机物，首先就要抑制甲烷生成或抑制产甲烷菌的活性。因此，针对产氢发酵或者产氢阶段回收高附加值中间产物是十分有潜力的，原因其一是产氢发酵周期相对产甲烷较短(18h-72h vs.20-30d)，因此可以通过缩短水力停留时间有效避免产甲烷菌的生长和产甲烷活动；原因其二是产氢优势菌群比产甲烷菌耐受更高强度的进水氨氮，更有利于将无机氮升级循环为高附加值的氨基酸产物。
3、生物炭的争夺电子特性(归因于表面醌基团或者内部石墨缺陷位点，利于抑制产甲烷，形成对微生物细胞膜的氧化应激压力，刺激磷酸戊糖途径(pentose pho
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种利用生物炭促进发酵过程氨基酸生产的方法。
2、本专利技术通过添加功能生物炭刺激抑制产甲烷代谢，同时上调芳香氨基酸合成并固定芳香氨基酸于生物炭上，以便于驱动其他氨基酸和多肽自组装到生物炭上，并不断从发酵体系中分离并将合成氨基酸的平衡向产物移动。
3、所述上调芳香氨基酸合成主要取决于生物炭的得电子能力，形成对微生物的氧化应激压力，刺激磷酸戊糖途径上调，为芳香氨基酸合成提供还原力和前体物质。
4、本专利技术的技术关键点在于：采用优选的具有优越得电子能力的生物炭材料，使其在厌氧发酵连续运行过程中不断加入体系强化抑制产甲烷代谢，有效固定氨基酸(优选固定芳香氨基酸)，并采用合适的水力停留时间参数，使得氨基酸合成和回收产量最优。
5、本专利技术所采用的技术方案如下：
6、一种利用生物炭促进发酵过程氨基酸生产的方法，该方法包括以下步骤：
7、(1)生物炭制备：在温度为500-800℃下热解木质废弃物，之后，研磨过筛至直径小于150μm，并(用去离子水)清洗至滤液ph＝7～9(如ph＝7～8)，最后60℃烘干48h；
8、制备具有高比表面积且优越的得电子能力(丰富的表面醌基或石墨缺陷位点)，优选高芳香度的生物炭。
9、(2)厌氧发酵启动和预实验：将制备的生物炭与发酵菌液以及糖蜜废水掺混，移入密闭的厌氧发酵罐后，用高纯氮气吹脱10-15min，然后通过35-37℃恒温震荡的方式进行避光厌氧发酵，发酵时间18-72h；可以根据不同的生物炭类型，设计梯度生物炭与发酵菌液以及糖蜜废水的掺混比例、水力停留时间以调试达到最优；
10、(3)厌氧发酵稳定运行：根据最优水力停留时间，周期性(18-72h为一个周期)将出料的发酵物进行固液分离，固体部分为已经负载氨基酸的生物炭(微生物合成的氨基酸为右旋，认为有生物活性，区别于化学合成的非生物活性的左旋氨基酸)，将对等质量的所述生物炭和糖蜜废水再次投入密闭的厌氧发酵罐中，用高纯氮气吹脱10-15min，然后通过35-37℃恒温震荡的方式进行厌氧发酵，以获得生物炭基微生物活性氨基酸，由微生物活性氨基酸形成生物膜；
11、(4)成品收集：固液分离，将发酵液中的已经附载有生物膜的生物炭进行回收、冷冻干燥，其干燥温度为-20℃～-80℃，时间为72h。
12、本专利技术与现有技术相比具有的效果是：本专利技术在十分短的发酵周期内，将易腐有机碳源和无机氨氮升级循环为高附加值的微生物活性氨基酸以及可能包括多肽，并利用生物炭-生物膜使得目标产品易于分离、回收。与现有技术相比，本专利技术能够快速、定向提高微生物合成氨基酸和其他生物活性产量，为有机固废升级循环为高附加值的生物炭基氨基酸肥料提供一种有前景的技术开发策略。
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1.一种利用生物炭促进发酵过程氨基酸生产的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种利用生物炭促进发酵过程氨基酸生产的方法，其特征在于，步骤(1)中，在缺氧条件下(无氧气通入，且在启动步骤(2)厌氧发酵前通入高纯氮气5～15min吹脱溶解氧)持续高温600-800℃热解木质生物质，热解时间1～4h；在二氧化碳(也可以在氮气或其他惰性气体)气氛下持续高温600-800℃热解木质生物质。
3.根据权利要求1所述的一种利用生物炭促进发酵过程氨基酸生产的方法，其特征在于，步骤(1)中，在绝氧条件下，在温度500-800℃下热解含有预沉淀三价铁的木屑(热解时间视热解方法而定，如果是加压微波热解，15-30min即可，如果是管式炉1～4h不等)。
4.根据权利要求1所述的一种利用生物炭促进发酵过程氨基酸生产的方法，其特征在于，步骤(2)中，发酵菌液为厌氧发酵菌液，制备的生物炭与厌氧发酵菌液以及糖蜜废水掺混的质量比为1：10-20：100。
5.根据权利要求1所述的一种利用生物炭促进发酵过程氨基酸生产的方法，其特征在于，
6.根据权利要求1所述的一种利用生物炭促进发酵过程氨基酸生产的方法，其特征在于，步骤(2)中，糖蜜废水中的碳源为葡萄糖、果糖或者二者的混合物，氮源为铵盐，碳源和氮源的质量比为10-15。
7.根据权利要求6所述的一种利用生物炭促进发酵过程氨基酸生产的方法，其特征在于，糖蜜废水中的碳源为葡萄糖，氮源为铵盐，碳源和氮源的质量比为10-15。
8.根据权利要求1所述的一种利用生物炭促进发酵过程氨基酸生产的方法，其特征在于，步骤(3)中，已挂生物膜的生物炭与糖蜜废水掺混的质量比为1-2：10。
9.根据权利要求1所述的一种利用生物炭促进发酵过程氨基酸生产的方法，其特征在于，步骤(3)中，调节糖蜜废水中碳源和氮源的质量比为10-15。
10.根据权利要求1所述的一种利用生物炭促进发酵过程氨基酸生产的方法，其特征在于：步骤(3)中，若选用序批式厌氧发酵，糖蜜废水停留时间为18-72h，即每18-72h完成一个序批后重启下一个序批，重启时负载有氨基酸以及合成氨基酸的功能微生物的生物炭至少回用1/3，在稳定运行之前至少需要运行2个序批(其运行次数和运行时间依据运行情况进行调整和优化)；若选用半连续厌氧发酵，糖蜜废水和生物炭的水力停留时间(HRT)为18-72h，在出料氨基酸产量稳定后(优选7～14d)无需再掺混发酵菌液。
...【技术特征摘要】
1.一种利用生物炭促进发酵过程氨基酸生产的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种利用生物炭促进发酵过程氨基酸生产的方法，其特征在于，步骤(1)中，在缺氧条件下(无氧气通入，且在启动步骤(2)厌氧发酵前通入高纯氮气5～15min吹脱溶解氧)持续高温600-800℃热解木质生物质，热解时间1～4h；在二氧化碳(也可以在氮气或其他惰性气体)气氛下持续高温600-800℃热解木质生物质。
3.根据权利要求1所述的一种利用生物炭促进发酵过程氨基酸生产的方法，其特征在于，步骤(1)中，在绝氧条件下，在温度500-800℃下热解含有预沉淀三价铁的木屑(热解时间视热解方法而定，如果是加压微波热解，15-30min即可，如果是管式炉1～4h不等)。
4.根据权利要求1所述的一种利用生物炭促进发酵过程氨基酸生产的方法，其特征在于，步骤(2)中，发酵菌液为厌氧发酵菌液，制备的生物炭与厌氧发酵菌液以及糖蜜废水掺混的质量比为1：10-20：100。
5.根据权利要求1所述的一种利用生物炭促进发酵过程氨基酸生产的方法，其特征在于，步骤(2)中，发酵菌液为产氢发酵菌液，制备的生物炭与产氢发酵菌液以及糖蜜废水掺混的质量比为1：10-20：100。
6.根据权利要求1所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：曾超华，唐燕飞，伊卡拉卡·坎，
申请(专利权)人：生物炭建材有限公司，
类型：发明
国别省市：
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