[发明专利]一种外源介质强化厌氧微生物发酵生产中链脂肪酸的方法

说明书

本发明公开了一种外源介质强化厌氧微生物发酵生产中链脂肪酸的方法，包括如下步骤：将外源介质预处理，并研磨得到外源介质固体颗粒；将厌氧微生物接种物预处理，接种到培养基中；向培养基中通入合成气，对厌氧微生物进行培养与驯化，富集得到可以实现碳链延长的厌氧产酸微生物；将外源介质固体颗粒与驯化后的厌氧产酸微生物在厌氧的条件下机械物理混合，得到生产中链脂肪酸的混合发酵体系；向反应器中通入合成气，得到中链脂肪酸。该方法中将厌氧微生物和外源介质一起形成混合发酵体系，该发酵体系能够加快厌氧产酸微生物的碳链延长过程生产中链脂肪酸；该发酵系统能够维持2‑36个月的稳定运行，外源介质不易失活，也不易造成厌氧微生物死亡。

技术领域

本发明涉及一种中链脂肪酸的生产方法。更具体地，涉及一种外源介质强化厌氧微生物发酵生产中链脂肪酸的方法。

背景技术

近年来，世界各国对能源的需求及依赖日益剧增，化石能源日益匮乏。与此同时，为了实现社会的可持续发展和生态系统的健康稳定，以清洁环保的手段生产可再生能源及化学品受到了极大地关注。厌氧发酵作为一种具有高负荷、低能耗、低运行成本和产生能源等优点的新型生物技术，不仅能够替代传统填埋和焚烧的废弃物处理方式，还能够回收甲烷等清洁能源。同时，厌氧发酵处理废弃物的适用范围广，包括高浓度有机废水、固体有机废弃物等。

合成气来源于煤、石油、生物质和有机废物的气化，是一种主要成分为H₂、CO、CH₄、CO₂和一些硫、氮化合物的可燃气体，来源丰度且价格低廉。研究发现，可以通过微生物发酵的方式将合成气转化为各种有用的燃料和化学品。微生物发酵又常被称为生物催化，与化学催化的方法相比,生物催化转化速度较慢，但能耗和设备成本低、生物酶的选择性高、副产物少、对污染物具有一定的耐受性。

传统的厌氧发酵工艺作为一种重要的生物发酵技术，能够通过一系列生物化学反应将合成气转化为挥发性脂肪酸和甲烷等产物实现有机废弃物的综合利用。但有很多学者认为甲烷和挥发性脂肪酸的热值较低、储存和运输成本较高，只能在一定程度上缓解日益严峻的能源危机。需要寻找具有更高商业价值的发酵产物，提升厌氧发酵工艺的竞争力。中链脂肪酸是具有6-12个碳原子的一元直链羧酸，能够用于制造动物饲料添加剂、食品添加剂、制药工艺的抗菌剂、植物生长促进剂、香料和药物。它具有比甲烷更高的能量密度、更高的产品价值和更广泛的应用。作为一种商业化学品，中链脂肪酸的传统生产方法主要是从化石燃料或天然油料中分离，但这种生产方式成本较高，限制了中链脂肪酸的广泛应用。近年来，厌氧微生物利用合成气生产中链脂肪酸的技术引起了人们的高度关注，它不仅能够快速、高选择性的生产中链脂肪酸，还具有专一性高和反应条件温和等优点，有利于缓解有机废弃物对环境造成污染。因此，将合成气作为生产原料通过厌氧微生物生产中链脂肪酸的技术具有极好的发展前景。

研究已经证明厌氧微生物能够利用合成气生产中链脂肪酸。不少研究者认为，这一过程可以被分为合成气发酵和碳链延长两个过程。在合成气发酵过程中，厌氧微生物通过Wood-Ljungdahl途径利用CO和H₂提供还原能力，经由羰基分支和甲基分支催化转化生成乙酰辅酶A。此后，乙酰辅酶A进一步转化为乙醇和乙酸，并可以通过逆β氧化循环或脂肪酸生物合成碳链延长途径以达到生产中链脂肪酸的目的。需要注意的是，也有一些文献认为有些微生物能够直接用合成气，没有分为上述的两个步骤。

厌氧微生物利用合成气发酵的途径可能存在差别，但要如何提升微生物对合成气的利用效率是实现这种微生物催化反应达到工业生产要求目前需要解决的重要问题。CO和H₂在水中的溶解度低、气液传质速率慢，这使得合成气发酵工艺中还普遍存在气体利用效率低的问题。

综上所述，需要提供一种全新的厌氧发酵方法，提高厌氧微生物利用合成气生产中链脂肪酸的效率。

发明内容