[发明专利]一种分段添加乙醇提高秸秆产己酸产量的方法

说明书

本发明公开了一种分段添加乙醇提高秸秆产己酸产量的方法，包括步骤如下：S1，收集秸秆；S2，将步骤S1中的秸秆预处理；S3，将步骤S2中得到的秸秆粉末称取4‑6g于反应器中，然后加入1‑1.5gBES，同时再收集瘤胃液，瘤胃液为经过4层医用纱布过滤所得，放置于保温杯控制厌氧条件；S4，将步骤S3中的瘤胃液取100‑150ml调节pH至6.5‑7.0后倒入步骤S3中的反应器中，构成30‑50g/L的底物浓度与8‑12g/L的BES添加量，并加入0.3‑0.45g乙醇，构成15g/L的乙醇浓度，最后使用N₂进行15min曝气，厌氧发酵15天，厌氧发酵期间设置乙醇分段添加方式为一次性加入、等量分段加入或者梯度分段加入。本发明既满足了产己酸过程中微生物对电子供体需求，又避免乙醇的一次性添加带来的高浓度抑制，从而提高己酸产量。

技术领域

本发明涉及废弃物资源化技术领域，尤其涉及一种分段添加乙醇提高秸秆产己酸产量的方法。

背景技术

近年来，由于石油价格的上涨和化石燃料的有限供应，替代能源受到了很大的关注。农业废弃物是最普遍的木质纤维素生物质，不仅易于获得，而且年产量高，具有用于能源回收的潜力。秸秆厌氧发酵可生产燃料乙醇、乳酸和短链脂肪酸等。这不仅提高了清洁能源的档次，而且有利于国家环境建设和减少二氧化碳排放。中链脂肪酸(medium chainfatty acids,MCFAs)也是厌氧发酵的产物，由于其疏水性特点，比其他产品更有价值和更好的利用，因此越来越受到重视。MCFAs是由VFA链延伸产生的，主要产物是己酸。可以说，利用生物质生产MCFAs实现废弃物资源化利用是一个很有前途的研究方向。

适宜的微生物群落对于己酸发酵非常重要，一些人已经使用污泥、窖泥和瘤胃作为接种物进行秸秆发酵。瘤胃液作为天然厌氧消化反应器对木质纤维素生物质的转化效率最高。研究表明，超过90％的木质纤维素可被瘤胃细菌降解为SCFAs和蛋白质。瘤胃微生物群落包括细菌、真菌、原生动物和古菌，主要是自养厌氧微生物。有些真菌不仅具有穿透纤维素组织的能力，而且还分泌纤维素酶、半纤维素酶、木聚糖酶等。因此，瘤胃细菌在纤维素的降解中发挥着重要作用。前期秸秆-瘤胃联合厌氧发酵结果表明，产品中存在SCFAs的积累，但利用生物质生产MCFAs的研究较少。

反向β氧化是产生MCFAs的关键途径。反向β氧化需要电子给体和电子受体的参与。乙醇和乳酸是合适的电子给体。电子给体氧化产生能量和乙酰辅酶A，这为反向β氧化提供了必要条件。简而言之，链增长过程中部分乙醇和乳酸转化为乙酰辅酶A，促进链延伸反应从乙酸到丁酸、乙酰辅酶A的生产还可以促进丁酰辅酶A的反应，从而使乙酸能够先后生长为丁酸和己酸，实现SCFAs向MCFAs的转化。

在秸秆-瘤胃联合厌氧发酵过程中，产物中存在乙酸的积累，可以作为链生长的电子受体。反向β氧化生产MCFAs需要电子给体和电子受体的参与。但是秸秆发酵底物中缺乏乙醇，电子供体不足，常见的方法是直接加入乙醇促进链增长。但是如果一次性添加乙醇容易造成乙醇对发酵微生物的毒性，且乙酸发酵也是一个动态过程，如果能够根据分段开展乙醇添加，有望解决整个实验过程乙醇与乙酸之比不均衡问题。

发明内容

本发明提供了一种分段添加乙醇提高秸秆产己酸产量的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种分段添加乙醇提高秸秆产己酸产量的方法，包括步骤如下：

S1，收集秸秆，秸秆取自农田并自然晾干；

S2，将步骤S1中的秸秆预处理，将秸秆用破碎机破碎，过筛，取40-60目秸秆放置于60℃烘箱内24h进行烘干，将过筛后的秸秆粉末按照质量比1:20-2:20加30wt％[Bmim][OAc]混合，倒入聚四氟乙烯反应器，在微波360W条件下加热5-10min，反应结束后将混合液放置冷却，过滤，固体部分用5-6倍体积的水冲洗过滤，将滤渣放置于60℃的真空干燥箱中干燥24h；