一种利用蛋壳废弃物和酒曲实现餐厨垃圾一罐式快速产己酸的方法

本发明涉及一种利用蛋壳废弃物和酒曲实现餐厨垃圾一罐式快速产己酸的方法，属于环境保护以及资源化。

背景技术：

1、厌氧发酵是一种可高效资源化处理餐厨垃圾的方式，其发酵产物主要包括甲烷、氢气、短链脂肪酸、乳酸等。其中甲烷和氢气可被用于燃料，但其储存和运输条件严格，且容易发生泄露；短链脂肪酸和乳酸易溶于水，提取成本高，限制了其工程化应用。己酸具有较低的溶解度(10.82g/l)，有利于后续提取。此外，己酸氧/碳比(1:3)较低，能量密度较高(3452kj/mol)，且用途广泛，可应用于抗菌剂、饲料添加剂、香水、液体生物燃料等领域，市场价格高达30000元/吨。因此，餐厨垃圾发酵产己酸是其高值化的有效途径。

2、己酸的产生主要是产己酸功能菌群利用乙醇、乳酸等富含能量的还原性物质作为电子供体，乙酸、丁酸等羧酸类物质作为电子受体，经过二次碳链增长反应形成。目前基于餐厨垃圾为底物产己酸的研究中电子供体主要依赖外源添加，电子受体由有机物水解酸化而得。此外，餐厨垃圾为底物的发酵过程中缺乏产己酸菌群生长与发挥功能所需的微量元素，且发酵过程中产生容易酸化抑制(ph3～4)，导致产己酸功能菌富集困难。

3、综上所述，餐厨垃圾高值化产己酸亟需研发一种可同时实现克服酸化抑制、产生并利用内源乙醇、提供产己酸菌生长因子的发酵方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是：为了解决目前餐厨垃圾产己酸过程中需外源供给电子供体、碳链增长菌群较难富集、生产周期长、两段式工艺复杂等技术问题，本发明提供了一种利用蛋壳废弃物和酒曲调控餐厨垃圾高值化产己酸的方法，该方法能促进餐厨垃圾发酵过程产生内源电子供体乙醇并快速产己酸，解决了传统厌氧发酵产己酸过程中需外加电子供体和发酵时间久的弊端，并实现一罐式发酵产己酸，优化了传统两段法发酵产己酸的复杂工艺。

2、为了实现解决上述技术问题的目的，本发明提供一种利用蛋壳废弃物和酒曲实现餐厨垃圾一罐式快速产己酸的方法，包括以下步骤：

3、步骤一、将餐厨垃圾过滤除去硬物(包括骨头，竹签等硬物)后加水并破碎，得到餐厨垃圾浆液，备用；将蛋壳废弃物清洗后烘干，破碎至粉末并过筛，得到蛋壳粉，备用；

4、步骤二、将酒曲与去离子水混合，并加入葡萄糖、蛋白胨、氯化钠、乙醛，然后将其置于驯化反应器中，在电刺激下驯化；

5、步骤三、将步骤一所得的餐厨垃圾浆液放入发酵罐中，投加经步骤2驯化后的酒曲作为菌源；

6、步骤四、在发酵罐中投加步骤1所得的蛋壳粉作为调质剂，边搅拌边进行发酵，发酵的条件为：先进行有氧(低氧)发酵再进行厌氧(完全厌氧)发酵。

7、优选地，所述步骤一中的蛋壳废弃物为鸡蛋壳、鸭蛋壳、鹅蛋壳和鹌鹑蛋壳等各类蛋壳中的任意一种或多种的混合。

8、优选地，所述步骤一中餐厨垃圾浆液的浓度为30～60g vss/l。

9、优选地，所述步骤一中的蛋壳粉粒径为75～150μm。

10、优选地，所述步骤二中的酒曲选自麸曲、麦曲、红曲、大曲和小曲中的至少一种。

11、优选地，所述步骤二中的去离子水为35～38℃的去离子水。

12、优选地，所述步骤二中酒曲和去离子水混合的质量比为1:10～15。

13、优选地，所述步骤二中葡萄糖、蛋白胨、氯化钠、乙醛投加的质量比为8～15:4～6:4～6:1，其中，所述葡萄糖的投加浓度为8～15g/l。

14、优选地，所述步骤二中在0.6～1.0v的弱电电压下进行电刺激。

15、优选地，所述步骤三中酒曲和餐厨垃圾浆液的投加比按照vss进行计算，为4～8:1。

16、优选地，所述步骤四中蛋壳粉的投加量为：10～40g/g vss。

17、优选地，所述步骤四中发酵的温度为35～38℃，所述有氧(低氧)发酵的时间为3～5天，厌氧发酵的时间为5～7天。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

19、(1)本发明通过接种活化后的酒曲并以蛋壳废弃物作为调质剂，在餐厨垃圾为唯一底物的条件下，于发酵2天内实现高浓度乙醇内源积累(15.4～18.5gcod/l)，无需外源添加电子供体，在一罐式反应器中，实现内源乙醇的高效利用，无需进行二次发酵，于发酵第8～10天实现己酸的快速生产，产量高达20.40～23.5g cod/l，接近其在水中的最大溶解度；该方法改进了现有单一细菌生物法合成己酸的技术，实现一罐式发酵产己酸，具有较好的应用前景；

20、(2)本发明通过酒曲和蛋壳废弃物的协同调控，在克服酸化抑制和补充生长因子基础上，于发酵前期定向调控手型l-乳酸和d-乳酸比例，成功富集产己酸功能菌群(30.2％)；

21、(3)本发明通过接种酒曲构建了真菌-细菌互作的复杂生物体系，并通过蛋壳废弃物定向调控酵母菌(wickerhamomyces、issatchenkia、candida)、霉菌xeromyces、乳酸菌(lactococcus、streptococcus、olsenella)和产己酸菌caproiciproducens和clostridium_sensu_stricto_12的梯级演替；强化真菌-细菌间协同互作，成功实现内源电子供体乙醇和产生和有效利用，并富集高效产己酸功能菌群，为己酸生产提供了一种更为简单快速的方法。

技术特征：

1.一种利用蛋壳废弃物和酒曲实现餐厨垃圾一罐式快速产己酸的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述利用蛋壳废弃物和酒曲实现餐厨垃圾一罐式快速产己酸的方法，其特征在于，所述步骤一中餐厨垃圾浆液的浓度为30～60g vss/l。

3.根据权利要求1所述的利用蛋壳废弃物和酒曲实现餐厨垃圾一罐式快速产己酸的方法，其特征在于，所述步骤一中的蛋壳粉粒径为75～150μm。

4.根据权利要求1所述的利用蛋壳废弃物和酒曲实现餐厨垃圾一罐式快速产己酸的方法，其特征在于，所述步骤二中的酒曲选自麸曲、麦曲、红曲、大曲和小曲中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的利用蛋壳废弃物和酒曲实现餐厨垃圾一罐式快速产己酸的方法，其特征在于，所述步骤二中酒曲和去离子水混合的质量比为1:10～15。

6.根据权利要求1所述的利用蛋壳废弃物和酒曲实现餐厨垃圾一罐式快速产己酸的方法，其特征在于，所述步骤二中葡萄糖、蛋白胨、氯化钠、乙醛投加的质量比为8～15:4～6:4～6:1，其中，所述葡萄糖的投加浓度为8～15g/l。

7.根据权利要求1所述的利用蛋壳废弃物和酒曲实现餐厨垃圾一罐式快速产己酸的方法，其特征在于，所述步骤二中在0.6～1.0v的弱电电压下进行电刺激。

8.根据权利要求1所述的利用蛋壳废弃物和酒曲实现餐厨垃圾一罐式快速产己酸的方法，其特征在于，所述步骤三中酒曲和餐厨垃圾浆液的投加比按照vss进行计算，为4～8:1。

9.根据权利要求1所述的利用蛋壳废弃物和酒曲实现餐厨垃圾一罐式快速产己酸的方法，其特征在于，所述步骤四中蛋壳粉的投加量为：10～40g/g vss。

10.根据权利要求1所述的利用蛋壳废弃物和酒曲实现餐厨垃圾一罐式快速产己酸的方法，其特征在于，所述步骤四中发酵的温度为35～38℃，所述有氧发酵的时间为3～5，厌氧发酵的时间为5～7天。

技术总结本发明公开了一种利用蛋壳废弃物和酒曲实现餐厨垃圾一罐式快速产己酸的方法。本发明通过接种活化后的酒曲并以蛋壳废弃物作为调质剂，在餐厨垃圾为唯一底物的条件下，于发酵2天内实现高浓度乙醇内源积累，无需外源添加电子供体，在一罐式反应器中，实现内源乙醇的高效利用，无需进行二次发酵，于发酵第8‑10天实现己酸的快速生产。本发明通过接种酒曲构建真菌‑细菌互作的复杂生物体系，并通过蛋壳废弃物定向调控多种真菌和多种细菌的梯级演替，强化真菌‑细菌间协同互作，成功实现内源电子供体乙醇和产生和有效利用，并富集高效产己酸功能菌群，该方法改进了现有单一细菌生物法合成己酸的技术，为己酸生产提供了一种更为简单快速的方法。技术研发人员：李响,成双兰,徐先宝,顾霞,马永红,张余镕,薛罡受保护的技术使用者：东华大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18