[发明专利]一种两相法厌氧发酵产己酸的方法

说明书

本发明公开了一种两相法厌氧发酵产己酸的方法，属于废弃物资源化处理技术、环保净化处理技术领域。本发明将利用果蔬废弃物作为产酸相底物，在35℃、pH＝6.0，果蔬废弃物为产酸相底物建立稳定的产酸发酵体系；以产酸相发酵液为底物，在30℃、pH＝6.8‑7.0条件下，醇酸比＝4:1，即乙醇添加量为17.22g·L^‑1时，可使己酸产量达到12.85g·L^‑1，实现己酸的高效生成。

技术领域

本发明涉及一种两相法厌氧发酵产己酸的方法，属于废弃物资源化处理技术、环保净化处理技术领域。

背景技术

己酸能够通过往产己酸菌群中添加乙醇或者乳酸为电子供体，运用羧酸碳链延伸的反向β-氧化途径（reverse β oxidation）合成。目前国内有关厌氧菌群定向合成己酸的研究较少，仅有的一些研究集中在己酸菌纯种培养与混合培养技术在窖泥和白酒生产中的作用相关方面。相关研究工作还主要集中在发酵条件的优化与控制，同时也有部分研究通过微生物分子生态学等手段对发酵过程中的优势微生物种群进行了探讨。但是目前仍然缺乏有关厌氧菌群己酸合成的代谢调控及其机制的研究，也正因如此，往往出现不充分的碳链延伸，从而影响了己酸的产率和生产强度。

分子态己酸浓度越高，对厌氧微生物的毒性越大，并可能危及碳链延伸过程。目前，很多研究厌氧发酵过程MCFAs的合成中，或多或少受到乙酸、丁酸或者己酸等对微生物的毒性，使得碳链延伸过程受到抑制。利用两相发酵分开酸化阶段和产己酸阶段，主要优点为：（1）能够避免高浓度的MCFAs和乙醇对水解速率和微生物的毒性；（2）能够分别对酸化相和产己酸相进行优化；（3）避免MCFAs被固体颗粒物吸附；（4）两相厌氧发酵系统使得农业和工业废弃物等复杂有机废物得到利用；（5）方便后续对体系中高浓度的己酸进行分离纯化。

发明内容

为了解决己酸合成过程中毒性抑制，提高己酸生产强度。本发明开发了一种两相法厌氧发酵产生己酸的方法。本发明以果蔬废弃物作为产酸相底物，以产酸相发酵液作为产己酸相底物，乙醇为电子供体，在厌氧酸化菌群和产己酸菌群之间建立高效的耦合关系，实现己酸的高效生成。乙醇作为电子供体是最重要、最常见的碳链延伸途径。反向β氧化途径是一个循环过程，每个循环延伸2个碳原子，NAD⁺氧化乙醇得到乙酰辅酶A，乙酰辅酶A能够引起底物磷酸化；电子被还原性铁氧化还原蛋白传递过程中释放能量，形成H₂并产生电化学Na⁺/H⁺梯度。产己酸菌转化乙酸和乙醇生成丁酸，再次结合乙醇生成己酸。

在本发明的一种实施方式中，在厌氧发酵过程中以乙酸、丁酸和乙醇为纽带，在产酸菌群和产己酸菌群间建立耦合关系，有助于实现己酸的高强度生产。

在一种实施方式中，所述厌氧发酵体系产酸相含有厌氧颗粒污泥和果蔬废弃物。

在一种实施方式中，所述厌氧发酵体系产己酸相含有厌氧颗粒污泥和产酸相发酵液。

在一种实施方式中，所述厌氧产酸相中果蔬废弃物和接种污泥接种比为1:2。

在一种实施方式中，所述厌氧产己酸相中，厌氧颗粒污泥与产酸相发酵液按照质量体积比1:4（g/mL）混合。

在一种实施方式中，所述厌氧发酵体系产己酸相中，乙醇作为电子供体另外投加。

在一种实施方式中，所述厌氧产己酸相中，乙醇的投加量按照乙醇：（乙酸+丁酸）电子当量比0~9:1。

在一种实施方式中，所述厌氧产己酸相中，乙醇的投加量按照乙醇：（乙酸+丁酸）为以下任一种0:1、1:1、2:1、3:1、4:1、5:1、7:1、9:1（g-COD/g-COD）。