一种生物复合酶的制备方法及其强化餐厨垃圾发酵产酸的应用技术

本发明专利技术公开了一种生物复合酶的制备方法及其强化餐厨垃圾发酵产酸的应用，属于固体废弃物处理处置技术领域。该生物复合酶制剂通过米曲霉固态发酵法制备而成，发酵后无须进行纯化即可直接使用，制备方法简单、成本低廉，将其应用于餐厨垃圾厌氧发酵处理技术中，能够提高有机质降解转化率，不仅可以强化餐厨垃圾厌氧发酵产酸效果，同时还增加了发酵液中乳酸或丙酸的相对含量，实现了餐厨垃圾发酵过程中的定向调控，提高了餐厨垃圾发酵液的回收利用潜能，在促进和调控餐厨垃圾等有机质含量高的固体废弃物的发酵产酸工艺中具有良好的应用前景。景。景。

【技术实现步骤摘要】
一种生物复合酶的制备方法及其强化餐厨垃圾发酵产酸的应用


[0001]本专利技术属于固体废弃物处理
，更具体地说，涉及一种生物复合酶的制备方法及其强化餐厨垃圾发酵产酸的应用。

技术介绍

[0002]餐厨垃圾主要来源于食物加工过程中产生的下脚料或食用时产生的剩余食物，主要来自餐饮单位和居民家庭等，是城市市政有机固体废弃物的主要组成部分之一(占比约40％～60％)，主要由碳水化合物、蛋白质类、脂类等组成，是一种有机质高、含水量高、易腐败和易滋生病原微生物的有机固体废弃物。根据世界粮食农业组织统计，约有1/3的食物在供应过程中会被浪费，且随着社会经济不断发展，餐厨垃圾的数量还在不断增长，探究其环境友好型的绿色处理技术对节能减排和实现可持续发展意义重大。
[0003]厌氧发酵产甲烷(CH4)技术是近年来餐厨垃圾处理的研究热点。经过厌氧消化后，餐厨垃圾中的大部分有机质可以转化为生物气并用于燃烧发电等，实现能源回收利用。厌氧发酵处理技术使得餐厨垃圾中的有机质能够得到一定程度的降解转化，杀灭部分致病菌等，有利于环境保护，同时可以实现餐厨垃圾的资源化利用。与传统的处理处置方式如填埋、焚烧等相比是一种相对绿色的处理技术。但是该技术也面临耗时长(底物停留时间长达30d左右)、有机质转化率低、发酵过程不稳定等技术缺陷，尤其是针对餐厨垃圾有机质含量高的固体废弃物，在发酵过程中很容易发生酸化累积的现象，甚至会有导致后续产生物气失败的风险。
[0004]乳酸和挥发性脂肪酸(VFAs)是厌氧发酵过程中重要的中间产物，与厌氧还原末端产物CH4相比，它们的吉布斯自由能更高，是一类附加值更高的产物。这些小分子有机酸可合成可降解生物材料(如聚乳酸)、炼制生物柴油或作为污水处理中的有机碳源。然而由于厌氧发酵产物成分较为复杂，且由于乳酸或挥发性脂肪酸的解离度较高，易溶于水，从发酵液中实现化学层面的分离纯化在当前还是一个技术瓶颈。但是如果将其作为一种污水处理中的外加有机碳源，则仅需要进行简单的离心分离，取其上清液便可以直接投加利用，是一种切实可行的资源化技术。尽管如此，因为餐厨垃圾有机质分子量大等固有特点，生物降解转化率低仍然是厌氧发酵处理技术存在主要问题之一。切实有效的提高餐厨垃圾的生物转化率，对实现餐厨发酵产酸作为碳源的资源化利用具有很大的实际应用价值。
[0005]目前普遍认为厌氧发酵主要分为水解、酸化、产氢产乙酸和产甲烷四个阶段，其中水解是指将餐厨垃圾中含有大量的如淀粉、蛋白质等大分子物质降解成低聚体或较小分子物质，以便于被后续过程中的产酸菌利用。对于固体含量高的有机废弃物，水解过程是制约厌氧发酵转化效率的关键步骤。因此，提高餐厨垃圾的有机质水解效率是厌氧发酵有机转化效率的关键措施。添加特定的酶制剂可以有效提高餐厨垃圾中相关组分的水解效率，是一种针对性强、效率高的生物处理技术，且酶自身也是一种有机物，不会导致二次污染，与传统物理化学预处理技术相比较，该方法具有反应效率高、能耗低且不会产生有毒害的副
产物等优势，但商业酶的价格高昂而使该生物技术难以实现规模化应用。

技术实现思路

[0006]1.要解决的问题
[0007]本专利技术针对现有餐厨垃圾厌氧发酵产酸处理技术中存在的生物降解转化率低、商品酶制剂成本过高、中间产物成分复杂等问题之一，提供了一种生物复合酶制剂的制备方法及其强化餐厨垃圾发酵产酸的应用，该生物复合酶制剂通过米曲霉固态发酵法制备而成，发酵后无须进行纯化即可直接投入使用，制备方法简单、成本低廉，且同时含有淀粉酶、蛋白酶和纤维素酶等，将其应用于餐厨垃圾厌氧发酵处理技术中，能够针对性地提高餐厨垃圾中多糖和蛋白质等有机质降解转化率，强化和调控餐厨垃圾厌氧发酵产酸技术，为餐厨垃圾发酵产物的回收应用等(如作为污水处理中的有机碳源)提供技术支撑。
[0008]2.技术方案
[0009]为了解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0010]本专利技术提供了一种生物复合酶制剂的制备方法，该方法包括以下步骤：
[0011]S1：以豆粕和麦麸混合物为培养基，用0.1M磷酸盐缓冲液调节培养基含水量为70％，接入米曲霉孢子悬液，固态发酵一段时间后即可产生高效生物复合酶，其中米曲霉购买自中国工业微生物菌种保藏管理中心(China Centerof Industrial Culture Collection,CICC)，菌种编号为CICC 41207；
[0012]S2：收集S1反应体系中固体发酵物，冷冻干燥或中低温烘干，磨碎，得到的固体粉末即为生物复合酶制剂。
[0013]优选地，上述S1中，固体培养基中豆粕和麦麸的质量混合比例为(7:3)～(3:7)。
[0014]优选地，上述S1中，固体培养基中豆粕和麦麸的质量混合比例为6:4。
[0015]优选地，上述S1中，磷酸盐缓冲液的pH范围在6.5～7.9。更进一步地，磷酸盐缓冲液的pH为7.2。
[0016]优选地，上述S1中，以培养基总固体含量为基准，米曲霉孢子悬液接种量为105～107cells/g。更进一步地，以培养基总固体含量为基准，米曲霉孢子悬液接种量为105cells/g。
[0017]优选地，上述S1中，固态发酵体系温度为30
±
5℃，发酵时间为60～120h。更进一步地，发酵时间为72h。
[0018]优选地，上述S2中，中低温为30～50℃。
[0019]本专利技术还提供了一种生物复合酶制剂，通过上述一种生物复合酶制剂的制备方法制备而成。
[0020]本专利技术还提供了上述一种生物复合酶制剂在餐厨垃圾厌氧发酵产酸中的应用。
[0021]优选地，上述餐厨垃圾厌氧发酵处理包括餐厨垃圾厌氧发酵产挥发性脂肪酸或产乳酸，以丙酸或乳酸为主。
[0022]优选地，上述应用包括如下步骤：
[0023]S21：餐厨垃圾做除杂、除油及破碎预处理，调节挥发性固体含量(VSS)含量，形成餐厨垃圾发酵体系；
[0024]S22：将上述生物复合酶制剂加入到餐厨垃圾发酵体系中，混合均匀，并接种厌氧
污泥，在厌氧条件下进行搅拌发酵。
[0025]优选地，上述S21中，发酵体系中总挥发性固体含量(VSS)为3％～12％。更进一步地，发酵体系中总挥发性固体含量为5％。
[0026]优选地，上述S22中，以餐厨垃圾VSS为基准，生物复合酶制剂的添加量0～0.4g/g
·
VSS。
[0027]优选地，上述S22中，以餐厨垃圾VSS为基准，生物复合酶制剂的添加量0.05～0.2g/g
·
VSS更进一步地，以餐厨垃圾VSS为基准，生物复合酶制剂的添加量0.1g/g
·
VSS。
[0028]优选地，上述S22中，以餐厨垃圾VSS为基准，厌氧污泥的接种量为5％～15％VSS。更进一步地，厌氧污泥的接种量为10％VSS。
[0029]优选地，上述S22中，厌氧发酵采用序批式发酵方式或连本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物复合酶制剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：以豆粕和麦麸混合物为培养基，用磷酸盐缓冲液调节培养基含水量为70％，接入米曲霉孢子悬液，固态发酵一段时间后即可产生高效生物复合酶，其中米曲霉购买自中国工业微生物菌种保藏管理中心，菌种编号为CICC 41207；S2：收集S1反应体系中固体发酵物，冷冻干燥或中低温烘干，磨碎，得到的固体粉末即为生物复合酶制剂。2.根据权利要求1所述的一种生物复合酶制剂的制备方法，其特征在于，所述S1中，固体培养基中豆粕和麦麸的质量混合比例为6:4；所述S1中，磷酸盐缓冲液的pH范围在6.5～7.9；所述S1中，以培养基总固体含量为基准，米曲霉孢子悬液接种量为105～107cells/g。3.根据权利要求2所述的一种生物复合酶制剂的制备方法，其特征在于，所述S1中，磷酸盐缓冲液的pH为7.2；所述S1中，以培养基总固体含量为基准，米曲霉孢子悬液接种量为105cells/g。4.根据权利要求3所述的一种生物复合酶制剂的制备方法，其特征在于，所述S1中，固态发酵体系温度为30
±
5℃，发酵时间为60～120h。5.一种生物复合酶制剂，其特征在于，通过权利要求1
‑
4任一所述的一种生物复合酶制剂的制备方法制备而成。6.权利要求5所述的一种生物复合酶制剂在餐厨垃圾厌氧发酵处理中的应用。7.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：周立祥，张明江，梁剑茹，
申请(专利权)人：南京农业大学，
类型：发明
国别省市：