【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生物膜促进氨基酸合成和回收的方法。
技术介绍
1、资源可用性的限制正在推动当前社会生产系统的变革，将焦点从废物处理，如废水处理，转向资源回收。生物技术过程提供了一种经济高效且多功能的途径，可以将废物/废水中的资源浓缩和转化为有价值的产品，这是实现循环再生的生物基经济技术发展的先决条件。面向土地利用，污泥沼液中的植物刺激素是碳和氮回收的一种有应用前景的选择。
2、近年来开发沼液土地利用产品时，植物激素越来越被关注，其以超小剂量和小剂量发挥“四两拨千斤”的作用改善植物生长。研究表明，氨基酸衍生物，特别是芳香族氨基酸(即色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸，aromatic amino acids)的衍生物，可以通过外源添加起到植物生长激素的作用。例如吲哚乙酸，自然界最常见的植物生长素，其前体为色氨酸。此外，其他具有类植物生长素作用的化感物质，如芳香族羧酸和吲哚衍生物，也依赖于芳香族氨基酸代谢。因此，芳香族氨基酸这类重要的氨基酸供应能够促进可持续农业的发展
3、目前微生物发酵法是最常用的芳香族氨基酸生产方法，由于芳香族氨基酸合成途径相对较长且复杂，通过简单的代谢途径改造难以大幅提高产量。发酵工程中，常见的代谢通路调节策略是提高前体物的供给水平、解除关键酶受到的反馈抑制、调控蛋白对合成途径的转录调节、转运蛋白的转运效率等。更重要的是，代谢负担往往会给菌株带来生产性能限制表型。这表现在芳香氨基酸合成所需要的能量(atp中的高能磷酸键)和还原力(还原型辅酶ii，nadph
4、生物炭是一种有潜力的调控微生物体系能量流和还原力分配的可持续材料。zhang等人报道生物炭通过调节碳代谢和还原力分配来减少微生物反硝化的n2o排放(environmental science&technology，2021，55，12，8068-8078)。同时，生物炭的芳香结构被报道具有一定的微生物破坏性，并导致微生物休克。有趣的是，能够在生物炭表面存活并形成生物膜的微生物、或者富集在紧密结合型胞外聚合物的微生物，候选菌包括芳香氨基酸合成能力强的大肠杆菌(water research，2016，90，34-43；environmental science&technology，2019，53，5，2635-2646)。同时，得电子能力强的生物炭具有产生氧化应激的潜力，氧化应激机制导致微生物上调磷酸戊糖途径以产生nadph和芳香氨基酸前体。因此，选择合适的生物炭，有希望能够通过适当的压力应激使得生物炭刺激下的发酵体系实现将芳香氨基酸产品合成与细胞生长耦合的策略。此外，生物炭的芳香表面有利于通过疏水作用力优先富集芳香氨基酸，而芳香氨基酸作为有利于驱动其他氨基酸自组装的重要成分，进一步推动了微生物活性氨基酸在生物炭表面的富集和固定。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种通过添加功能生物炭快速筛选能够在生物炭表面通过分泌芳香氨基酸存活的肠杆菌科，从而作为一种原位富集的芳香氨基酸合成“菌剂”、上调并固定芳香氨基酸于生物炭上、从发酵体系中分离并收集的方法。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、为了实现上述目的，本专利技术提供了一种利用生物炭生物膜生产和回收微生物活性氨基酸的方法，该方法包括以下步骤：
4、(1)生物炭的制备：将木质废弃物(如木屑等)高温热解，研磨至尺寸小于150μm，用去离子水反复浸泡、震荡、抽滤至滤液ph＝7～9，最后在60℃下烘干48h，得到具有丰富芳香结构和石墨缺陷位点的生物炭；
5、(2)生物炭基生物膜的制备：将步骤一获取的生物炭与产氢发酵菌液以及糖蜜废水掺混，并移入密闭厌氧消化设备中，高纯氮气吹脱10min～15min，35℃～37℃恒温条件下通过震荡的方式进行避光厌氧发酵，停留时间为24h～48h，筛选出有合成芳香氨基酸能力且能定植在生物炭上的菌群；
6、(3)生物炭基生物膜的清洗和分离：将步骤二的全部发酵混合物进行固液分离，用ph＝7±0.5的磷酸盐缓冲溶液将分离出来的固体进行清洗，具体为将ph＝7±0.5的磷酸盐缓冲溶液与分离出来的固体以10：1的体积质量比混合，涡旋，离心，以上清洗步骤重复三次，将浮游微生物洗去，获得生物炭以及定植在生物炭上的功能菌膜；
7、(4)生物炭基氨基酸的扩大富集：将步骤三分离得到的固体，即生物炭以及定植在生物炭上的功能菌膜，与糖蜜废水掺混，移入密闭的厌氧消化设备中，用高纯氮气吹脱10min～15min，通过35℃～37℃恒温震荡的方式进行避光批式厌氧发酵，将步骤(2)视作第一个序批，步骤(4)至少运行两个序批；
8、(5)成品收集：将步骤四的发酵混合物固液分离，将固体回收，干燥；
9、(6)其中，步骤一中高温热解过程是以10℃/min的升温速率达到600℃～900℃，保温至少1h，反应完毕后降温；
10、步骤二中，糖蜜废水包含碳源和氮源，且碳氮比为(10～15)：1。
11、进一步地限定，步骤一中，用于热解的木质废弃物指的是含有丰富木质素结构的生物质废弃物，包括木片和竹片，粉碎为碎屑后用于制备热解生物炭。
12、进一步地限定，步骤一中高温热解是在缺氧气氛下进行的，热解气氛为氩气气氛或者氮气气氛。
13、进一步地限定，步骤二中，生物炭、产氢发酵菌液和合成糖蜜废水掺混质量比为1：(10～20)：100。
14、进一步地限定，步骤二废水中，碳源由葡萄糖提供，氮源由铵盐提供。
15、进一步地，步骤二所述的废水是由葡萄糖、酵母提取物、k2hpo4、kh2po4、mgcl2·6h2o、(nh4)2so4、cacl2·2h2o、fecl2·2h2o、nicl2·6h2o、半胱氨酸和水配制，ph值调节至7.0±0.5，其中，葡萄糖的浓度为10.0g/l，发酵提取物的浓度为0.5g/l，k2hpo4的浓度为3.93g/l，kh2po4的浓度为1.5g/l，mgcl2·6h2o的浓度为1.0g/l，(nh4)2so4的浓度为1.3g/l，cacl2·2h2o的浓度为0.1g/l，fecl2·2h2o的浓度为0.39g/l，nicl2·6h2o的浓度为0.05g/l，半胱氨酸的浓度为0.050g/l；酵母提取物为已有酵母提取物，其型号为cas号8013-01-2，主要营养成分是含有35-40％游离氨基酸的部分水解蛋白，还含有b族维生素和一些微量元素。酵母提取物可作为细菌培养基的营养物。
16、进一步地限定，步骤四中，将步骤三分离的固体，即生物炭以及定植在生物炭上的功能菌膜，与新鲜糖蜜废水掺混质量比为(1～2)：10。
【技术保护点】
1.一种利用生物炭生物膜生产和回收微生物活性氨基酸的方法，其特征在于，所述方法是按下述步骤进行的：
2.根据权利要求1所述的利用生物炭生物膜生产和回收微生物活性氨基酸的方法，其特征在于，用于热解的木质废弃物指的是含有丰富木质素结构的生物质废弃物，包括木片和竹片，粉碎为碎屑后用于制备热解生物炭。
3.根据权利要求1所述的利用生物炭生物膜生产和回收微生物活性氨基酸的方法，其特征在于，步骤一中高温热解是在缺氧气氛下进行的，热解气氛为氩气气氛或者氮气气氛。
4.根据权利要求1所述的利用生物炭生物膜生产和回收微生物活性氨基酸的方法，其特征在于，步骤二中，生物炭、产氢发酵菌液和合成糖蜜废水掺混质量比为1：(10～20)：100。
5.根据权利要求1所述的利用生物炭生物膜生产和回收微生物活性氨基酸的方法，其特征在于，步骤二废水中，碳源由葡萄糖提供，氮源由铵盐提供。
6.根据权利要求1所述的利用生物炭生物膜生产和回收微生物活性氨基酸的方法，其特征在于，步骤二所述的废水是由葡萄糖、酵母提取物、K2HPO4、KH2PO4、MgCl2·6H2
7.根据权利要求1所述的利用生物炭生物膜生产和回收微生物活性氨基酸的方法，其特征在于，步骤四中，将步骤三分离的固体，即生物炭以及定植在生物炭上的功能菌膜，与新鲜糖蜜废水掺混质量比为(1～2)：10。
8.根据权利要求1所述的利用生物炭生物膜生产和回收微生物活性氨基酸的方法，其特征在于，步骤四中，糖蜜废水的碳氮比为(10～15)：1。
9.根据权利要求1所述的利用生物炭生物膜生产和回收微生物活性氨基酸的方法，其特征在于，步骤四中，厌氧发酵采用序批式发酵，每个序批运行18-36h，至少运行两个序批，步骤四的序批均不添加产氢接种菌液，而是将定植在生物炭上的功能菌膜替代接种菌液，因此生物炭的停留时间至少为36-72h。
...【技术特征摘要】
1.一种利用生物炭生物膜生产和回收微生物活性氨基酸的方法，其特征在于，所述方法是按下述步骤进行的：
2.根据权利要求1所述的利用生物炭生物膜生产和回收微生物活性氨基酸的方法，其特征在于，用于热解的木质废弃物指的是含有丰富木质素结构的生物质废弃物，包括木片和竹片，粉碎为碎屑后用于制备热解生物炭。
3.根据权利要求1所述的利用生物炭生物膜生产和回收微生物活性氨基酸的方法，其特征在于，步骤一中高温热解是在缺氧气氛下进行的，热解气氛为氩气气氛或者氮气气氛。
4.根据权利要求1所述的利用生物炭生物膜生产和回收微生物活性氨基酸的方法，其特征在于，步骤二中，生物炭、产氢发酵菌液和合成糖蜜废水掺混质量比为1：(10～20)：100。
5.根据权利要求1所述的利用生物炭生物膜生产和回收微生物活性氨基酸的方法，其特征在于，步骤二废水中，碳源由葡萄糖提供，氮源由铵盐提供。
6.根据权利要求1所述的利用生物炭生物膜生产和回收微生物活性氨基酸的方法，其特征在于，步骤二所述的废水是由葡萄糖、酵母提取物、k2hpo4、kh2po4、mgcl2·6h2o、(nh4)2so4、cacl2·2h2o、fecl2·2h2o、nicl2·6h2o、半...
【专利技术属性】
技术研发人员：唐燕飞，伊卡拉卡·坎，曾超华，
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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