[发明专利]一种运用改性沸石的固态发酵工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种微生物固态发酵技术的新工艺。具体涉及将专用改性沸石作为惰性吸附载体应用到微生物固态发酵工艺中的方法。

背景技术

当前，许多工农业残渣、城市生活垃圾已成为人们的社会公害，对人类的生存环境均产生不利的影响。固态发酵是解决这一难题的有效手段，现代固态发酵技术可以将这些材料进行降解、修复、转化为对人们有益或无害的物质。既无损于既定自然生态系统，又可以成功解决环境问题，减轻资源危机。

在传统固态发酵多限于传统饲料的生产，多直接利用食物和纤维素原料，价格低廉。发酵过程基本是自然富集发酵和强化菌种发酵。虽然操作强度低，投资设备小，但是劳动强度大。传统固态发酵的一个主要不足就在于碳源是它们的主要结构组成成分。在微生物生长过程中，培养基被分解后，底物容易结块，孔隙率随之降低，结果造成底物的外形和物理特性都发生了变化，降低了发酵过程中的传质和传热。并且，传统固态发酵做得到的最终产物黏度较高，不易分离；还含有多余的蛋白污染物，如淀粉酶和纤维素酶等。

而在现代固态发酵中，采用专用改性沸石应用于惰性载体固态发酵是对微生物发酵技术的优化和改进。不仅能够克服传统固态发酵过程传质和传热降低的缺点，还具有产物提取简便、不含蛋白污染物的特点，进一步还能做到重复利用。

发明内容

本发明的目的在于寻找一种可循环使用的固态发酵专用改性沸石，进而提供使用这种专用改性沸石进行微生物固态发酵的工艺优化和改进。

为了实现上述目的，本发明是这样进行的：首先将一种常用沸石改性，这种料有较大的比表面积。在工艺中它是一种生物膜，其实质是微生物以膜状生长在专用改性沸石上。

专用改性沸石应用于微生物固态发酵，具有独特的优点。通过此项发明实现将离子交换吸附技术和生物固定膜技术与微生物固态发酵有机结合的工艺流程。沸石经过改性后，不仅耐磨损能力和抗氧化能力大大增强，还能做到进行复叠循环，实现可逆的脱水和固氮作用。并且在经无机酸处理后，晶格孔道中半径大的阳离子被置换出来，因此固态载体的通道和孔洞被拓宽，表面积明显增加，吸附容量得以提高，还可以更多地固定有效菌，以作为微生物发酵的的良好培养基。

沸石改性工艺流程为：

红辉沸石+氢氧化钠→无机酸处理→过滤、洗涤→固定有效菌→干燥→发酵专用沸石。

第一步将沸石和10％氢氧化钠溶液混合，反应混合物的组成符合所需制备发酵专用沸石的配比。处理后耐磨损能力以及抗氧化能力增强。

第二步经无机酸处理，用半径小的分子，置换晶格孔道中半径大的阳离子，如Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺等，从而拓宽孔洞和通道，表面积明显增大，大幅度提高了其吸附容量，同时孔洞堵塞消除，沸石内部中心暴露，中心孔隙目数增多，提高其吸附性能。

第三步固定有效菌。

液态菌剂保存和运输都很不方便，沸石是很好的生物过滤器，吸菌量大.并能增加细胞密度和保持菌种存活力，可以作生物生长的培养基.一些生物体有极性，因此在适当的pH条件下，这些生物体与沸石稳定附着。

将液体菌剂吸附其上而制成固定菌剂材料，利用微生物固定化技术制备一种固态活菌沸石.将大量微生物吸附到沸石上来提高处理效果。其工艺流程为：沸石过网孔尺寸为0.420分样筛→121℃下灭菌15分钟→25℃、ph：7-7.5和菌液混合吸附→8小时内吸菌量基本达到饱和→风干。

根据发酵基质初始含水率，以基质含水率控制为依据确定基质、新型辅料的质量比，初次发酵反应要加入酵素菌作为产生优势微生物种群的诱导菌剂(以后均通过物料回流来实现优势发酵微生物菌群的循环利用)，使搅拌后的初始物料含水率在60％～70％。同时控制动态好氧发酵装置的通风量和搅拌频率，进行好氧快速发酵处理。将该专用改性沸石用于固态好氧发酵处理工艺中的具体步骤如下：

第一步：先确对发酵基质进行采样分析，然后确定投加两种辅料和回流物料的比例：对含水率为75％、总有机质400-600g/kgDM(DM表示干物质，下同)的发酵基质，添加两种辅料分别为：含水率为10.20％的木屑为发酵基质重量的8％，发酵专用改性沸石为发酵基质重量的20％，使混合料初始含水率达60％为准。初次发酵时需称量发酵基质重量的1‰的酵素菌作为诱导菌剂。再次发酵的回流比控制在10-40％之间。