一种厌氧干发酵两相分区生产中链脂肪酸的方法技术

本发明专利技术提供了一种厌氧干发酵两相分区生产中链脂肪酸的方法，属于农业废弃物资源化利用技术领域。本发明专利技术利用厌氧干发酵传质传热慢这一特点使同一发酵装置内天然划分为两相，在同一发酵装置内实现边生产电子受体和电子供体，边合成中链脂肪酸。同时通过发酵装置上部外加高效分解菌剂、下部接种具有碳链延长功能的污泥、调控物料停留时间，缩短了水解酸化和碳链延长周期，在提升厌氧发酵有机酸转化速率的同时实现农业废弃物高值化转化。的同时实现农业废弃物高值化转化。的同时实现农业废弃物高值化转化。

【技术实现步骤摘要】
一种厌氧干发酵两相分区生产中链脂肪酸的方法


[0001]本专利技术属于农业废弃物资源化利用
，具体涉及一种厌氧干发酵两相分区生产中链脂肪酸的方法。

技术介绍

[0002]秸秆等纤维素类生物质中含有丰富的碳源，是一种非常理想的生产短链脂肪酸的原料，常与牛粪、猪粪等富含蛋白质的畜禽粪便进行共发酵，平衡发酵体系养分。但由于短链脂肪酸易溶于水，从发酵液中回收短链脂肪酸较为困难。与之相比，中链脂肪酸由于具有疏水性强、附加值高等优点，更容易从发酵液中提取，且中链脂肪酸可作为前体应用于生产药物、食品添加剂、润滑剂和溶剂等。
[0003]碳链延长是合成中链脂肪酸的重要途径，该技术可以将厌氧发酵中间产物乙酸、丁酸等短链脂肪酸转化为中链脂肪酸，不仅可以实现农业废弃物资源化，还可以生产具有高附加值的中链脂肪酸，同时较传统化工方法合成中链脂肪酸相比节省更多成本。
[0004]目前，利用厌氧发酵技术合成中链脂肪酸工艺主要分为单相合成工艺和两相合成工艺。其中，单相合成工艺是在相同环境条件下完成所有的反应阶段，但是由于在水解酸化产短链脂肪酸过程中自发产生甲烷，降低了中链脂肪酸转化速率。而两相合成工艺是将水解酸化产短链脂肪酸阶段和碳链延长合成中链脂肪酸阶段分开进行，两相分体式工艺匹配难度大。
[0005]因此，如何在一体式发酵装置内完成厌氧发酵水解酸化产短链酸过程和碳链延长过程，同时提高中链脂肪酸转化速率效率，亟需进一步深入探索。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种厌氧干发酵两相分区生产中链脂肪酸的方法，本专利技术实现了农业废弃物厌氧干法两相分区产中链脂肪酸的一体式发酵，且能够提高中链脂肪酸转化速率。
[0007]本专利技术提供了一种厌氧干发酵两相分区生产中链脂肪酸的方法，包括以下步骤：1）将秸秆、畜禽粪便和复合菌剂混合，得到发酵料；所述复合菌剂包括植物乳杆菌和梭菌属；2）在厌氧干发酵装置的底部接种污泥，在所述污泥的上部填入所述发酵料，进行3~7d第一厌氧干发酵；所述污泥为经酸驯化的污泥；3）在所述第一厌氧干发酵后，采用连续进出料的方式进行第二厌氧干发酵；所述第二厌氧干发酵的物料停留时间和进出料的频率根据第一厌氧干发酵后厌氧干发酵装置上部1/4~1/3区域的物料平均pH和平均氧化还原电位确定；当物料平均pH低于5.5且平均氧化还原电位低于
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350mV时，所述第二厌氧干发酵的物料停留时间为7~15天；所述第二厌氧干发酵的进出料频率为48~72 h/次；当物料平均pH为5.5~6.5和/或平均氧化还原电位为
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350~
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150mV时，所述第二厌
氧干发酵的物料停留时间为5~7天；所述第二厌氧干发酵的进出料频率为12~24 h/次；当物料平均pH高于6.5且平均氧化还原电位高于
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150mV时，所述第二厌氧干发酵的物料停留时间为3~5天；所述第二厌氧干发酵的进出料频率为6~12 h/次；4）对所述第二厌氧干发酵的发酵产物进行固液分离，收集含有中链脂肪酸的液体组分。
[0008]优选的，所述秸秆包括黄贮秸秆；所述畜禽粪便包括牛粪。
[0009]优选的，所述秸秆和畜禽粪便的质量比为（6:4）~（7:3）；所述复合菌剂占秸秆和畜禽粪便总质量的10%~20%。
[0010]优选的，所述植物乳杆菌和梭菌属的有效活菌数独立为1~2亿/g；所述植物乳杆菌和梭菌属的有效活菌数之比为1：1；所述植物乳杆菌的保藏编号为：CICC 21790；所述梭菌属的保藏编号为CICC 24702。
[0011]优选的，所述第一厌氧干发酵或第二厌氧干发酵的温度独立为35~45℃。
[0012]优选的，所述第二厌氧干发酵的pH值为5.5~6。
[0013]优选的，当发酵装置上部1/4~1/3区域产生的液体向下部1/4~1/3区域流动过程中液体下降速率低于1.0~1.5g/L或发酵装置下部1/4~1/3区域的物料孔隙度低于25%~30%时，降低物料停留时间为9天。
[0014]优选的，在收集含有中链脂肪酸的液体组分后，还包括提取所述液体组分中的中链脂肪酸。
[0015]优选的，在提取所述液体组分中的中链脂肪酸后，还包括在所述厌氧干发酵装置中乳酸和乙酸的总浓度低于8~10g/L时，将所述提取后的剩余液回流至厌氧干发酵装置中。
[0016]优选的，所述提取后的剩余液的回流量占进料量质量的10%~20%。
[0017]本专利技术提供了一种厌氧干发酵两相分区生产中链脂肪酸的方法。本专利技术采用包括植物乳杆菌和梭菌属的复合菌剂对农业废弃物进行发酵，能够高效水解产短链酸；其次，本专利技术通过调控物料配比、进料方式和物料停留时间，进而调控物料孔隙度、产短链酸速率、液体下降速率及物料孔隙度，建立两相分区，使发酵装置上部1/4~1/3区域持续产短链酸，形成水解酸化产短链酸区域；中部1/4~1/3区域为过渡区域；下部1/4~1/3区域持续合成中链脂肪酸，形成碳链延长合成中链脂肪酸区域。发酵装置上部1/4~1/3区域产生的短链脂肪酸随液体向下部1/4~1/3区域流动，使得下部1/4~1/3区域的pH值降低，正好适合碳链延长菌合成中链脂肪酸，易于碳链延长反应的进行，并在接种的具有碳链延长功能的颗粒污泥的作用下更加高效合成中链酸。本专利技术的方法基于建立的两相分区一体，实现发酵体系下部1/4~1/3区域pH值自行调节。
[0018]与现有单相合成工艺相比，本专利技术提高了中链脂肪酸生产速率，且几乎不会产生甲烷；与现有两相一体式合成工艺相比，本专利技术避免了相分离及短链脂肪酸提取分离的过程，节约了制备中链脂肪酸的成本。本专利技术利用厌氧干发酵传质传热慢这一特点，使同一发酵装置内天然划分为两相，在同一发酵装置内实现边生产电子受体和电子供体，边合成中链脂肪酸。同时通过发酵装置上部外加高效分解菌剂、下部接种具有碳链延长功能的颗粒污泥、调控物料停留时间，缩短了水解酸化和碳链延长周期，在提升厌氧发酵有机酸转化速率的同时实现农业废弃物高值化转化。
附图说明
[0019]图1为本专利技术实施例1的装置流程图；图2为本专利技术实施例1的工艺流程图。
具体实施方式
[0020]本专利技术提供了一种厌氧干发酵两相分区生产中链脂肪酸的方法，包括以下步骤：1）将秸秆、畜禽粪便和复合菌剂混合，得到发酵料；所述复合菌剂包括植物乳杆菌和梭菌属；2）在厌氧干发酵装置的底部接种污泥，在所述污泥的上部填入所述发酵料，进行3~7d第一厌氧干发酵；所述污泥为经酸驯化的污泥；3）在所述第一厌氧干发酵后，采用连续进出料的方式进行第二厌氧干发酵；所述第二厌氧干发酵的物料停留时间和进出料的频率根据第一厌氧干发酵后厌氧干发酵装置上部1/4~1/3区域的物料平均pH和平均氧化还原电位确定；当物料平均pH低于5.5且平均氧化还原电位低于
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350mV时，所述第二厌氧干发酵的物料停留时间为7~15天；所述第二厌氧干发酵的进出料频率为48~72 h/次；当物料平本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种厌氧干发酵两相分区生产中链脂肪酸的方法，包括以下步骤：1）将秸秆、畜禽粪便和复合菌剂混合，得到发酵料；所述复合菌剂包括植物乳杆菌和梭菌属；2）在厌氧干发酵装置的底部接种污泥，在所述污泥的上部填入所述发酵料，进行3~7d第一厌氧干发酵；所述污泥为经酸驯化的污泥；3）在所述第一厌氧干发酵后，采用连续进出料的方式进行第二厌氧干发酵；所述第二厌氧干发酵的物料停留时间和进出料的频率根据第一厌氧干发酵后厌氧干发酵装置上部1/4~1/3区域的物料平均pH和平均氧化还原电位确定；当物料平均pH低于5.5且平均氧化还原电位低于
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350mV时，所述第二厌氧干发酵的物料停留时间为7~15天；所述第二厌氧干发酵的进出料频率为48~72 h/次；当物料平均pH为5.5~6.5和/或平均氧化还原电位为
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350~
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150mV时，所述第二厌氧干发酵的物料停留时间为5~7天；所述第二厌氧干发酵的进出料频率为12~24 h/次；当物料平均pH高于6.5且平均氧化还原电位高于
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150mV时，所述第二厌氧干发酵的物料停留时间为3~5天；所述第二厌氧干发酵的进出料频率为6~12 h/次；4）对所述第二厌氧干发酵的发酵产物进行固液分离，收集含有中链脂肪酸的液体组分。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述秸秆包括黄贮秸秆；所述畜禽粪便包括牛粪。3.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵立欣，梁依，于佳动，姚宗路，罗娟，
申请(专利权)人：中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所，
类型：发明
国别省市：