[发明专利]利用畜禽粪便发酵液生产中链脂肪酸的方法

说明书

本发明属于有机废弃物资源化循环利用领域，涉及一种利用畜禽粪便发酵液生产中链脂肪酸的方法，其包括如下步骤：S1.对接种污泥先进行热处理；S2.在热处理后的接种污泥中加入混合短链脂肪酸溶液；S3.加入乙醇驱动混合短链脂肪酸的碳链延长反应以生产中链脂肪酸。本发明实现了复杂的混合短链脂肪酸在同一开放培养体系中完成多步碳链延长反应，较其他以往研究，该方法可同步生产己酸、庚酸和辛酸等多种中链脂肪酸，且该方法无需灭菌，操作简便，能够适应任意组分比例的短链脂肪酸，得到的己酸、庚酸、辛酸易分离、经济附加值高。

技术领域

本发明属于有机废弃物资源化循环利用领域，具体涉及一种利用畜禽粪便发酵液生产中链脂肪酸的方法。

背景技术

短链脂肪酸是有机废弃物厌氧消化过程中的关键中间代谢产物，一方面可用于生产沼气，另一方面可通过反向β氧化(碳链延长反应)合成高附加价值的中链脂肪酸。相对于短链脂肪酸，中链脂肪酸作为一种重要的羧酸平台化合物，具有以下特点：(1)在水中的溶解度相对较低(≤1％)，易分离提取；(2)可用于合成生物燃料的前体，据报道中链脂肪酸可通过Kolbe脱羧反应转化为C6-C12的直链烷烃，作为航空燃油使用；(3)在橡胶、树脂合成工业、生物抑菌剂和制药工业上有重要应用，可合成香料用于食品等工业。

近年来，采用厌氧发酵工艺生产中链脂肪酸受到日益关注。在电子供体的驱动下，短链脂肪酸可发生反向β氧化进而合成中链脂肪酸，且研究发现Clostridium kluyverixx是目前公认的最主要的中链脂肪酸合成菌种，其可将乙酸和乙醇转化为高浓度的己酸；另外该菌种也可利用合成气废水(一种高乙醇/乙酸比废水)进行碳链延长反应，进一步生成己酸和辛酸。另外国内专利CN 107142288 A也公开了一种混合菌群发酵合成气产乙酸和辛酸的方法。陈哲柯等利用剩余污泥厌氧发酵液进行链式延长反应也获得了己酸，但初级发酵液中短链脂肪酸成分相对简单(主要为乙酸和丁酸)，产物中仅检测到了己酸(陈哲柯.基于厌氧发酵的剩余污泥产中链脂肪酸研究.湖南大学,2018)。总结发现，现有研究或专利多针对单一底物或成分相对简单的乙酸-乙醇废水，且产物一般以单一的己酸为主；而针对利用混合短链脂肪酸溶液同时生产多种中链脂肪酸的研究未见报道。且畜禽粪污的厌氧发酵液含有多种短链脂肪酸，因此相比于采用单一底物以及含有乙酸或乙醇的废水，采用混合脂肪酸溶液进行链式延长反应生产中链脂肪酸具有更广泛的应用前景。

发明内容

本发明正是针对上述技术问题，提供一种利用畜禽粪便发酵液生产中链脂肪酸(MCCA)的方法，包括如下步骤：

S1.对接种污泥先进行热处理；所述热处理为85℃水浴加热3-5h；

S2.在热处理后的接种污泥中加入混合短链脂肪酸溶液；

S3.加入乙醇驱动混合短链脂肪酸的碳链延长反应以生产中链脂肪酸，控制碳链延长反应过程的pH值在6.5-7.0，乙醇的添加量基于乙醇/短链脂肪酸的摩尔比为(2-5):1确定。

其中，所述乙醇的添加量基于乙醇/短链脂肪酸的摩尔比为2:1。

本发明的有益效果：

本发明针对畜禽粪便发酵液复杂的短链脂肪酸成分，经大量研究确定了利用其生产中链脂肪酸—正己酸，以及一般有机物发酵中较难得到的正庚酸和正辛酸的方法。

本发明利用畜禽粪便发酵液生产中链脂肪酸的方法预先将污泥进行85℃水浴加热3-5h的方式预处理，降低接种污泥中产甲烷菌的代谢活性，降低有机酸的甲烷化作用，无需添加其他化学抑制剂。

本发明利用畜禽粪便发酵液生产中链脂肪酸的方法控制发酵过程的pH值在6.5-7.0，以维持中链脂肪酸合成菌群的代谢活性，同时避免分子态有机酸对微生物菌群的抑制作用。

附图说明

图1是本发明实施例1中发酵过程中pH控制为不同范围时中链脂肪酸含量分布图；