[发明专利]测定餐厨垃圾乙醇预发酵-厌氧发酵过程中碳流分布方法

说明书

本发明一种测定餐厨垃圾乙醇预发酵‑厌氧发酵过程中碳流分布的方法，该方法采用了基于液相色谱‑串联质谱仪和气相色谱‑串联质谱仪的方法来测定厌氧消化过程中标记性产区的含量，结果准确，灵敏度高。所述乙醇预发酵‑厌氧发酵过程为：添加¹³C‑葡萄糖（取代餐厨垃圾中30%还原糖）的餐厨垃圾经过12 h的乙醇预发酵后，添加活化污泥（VS底物/VS污泥＝１）在35℃下厌氧发酵，在厌氧发酵0 h，24 h，360 h时分别取气样和液样。本发明的有益效果是该方法在餐厨垃圾中引入标记性底物方法，既简化分析过程，又描述复杂底物厌氧发酵过程的碳流分布，为厌氧发酵过程理论研究提供了一个很好的工具。

技术领域

本发明公开了一种测定餐厨垃圾乙醇预发酵-厌氧发酵过程中碳流分布的方法，具体来说是涉及一种基于GC/LC-MS测定餐厨垃圾乙醇预发酵-厌氧发酵过程中碳流分布的测定方法。

背景技术

餐厨垃圾是城市垃圾的主要组成部分，主要来自餐饮业和大型公共食堂的食物残余、城市居民家庭的厨余垃圾及蔬菜水果等食品加工业及市场产生的食品垃圾。据统计，全世界每年产生13亿吨的餐厨垃圾，在中国每年将近产生6000万吨的垃圾，安全处置餐厨垃圾已然变成政府部门非常关注的问题。近年来利用餐厨垃圾进行厌氧发酵成为了研究热点，但由于餐厨垃圾中含有大量的碳水化合物，在厌氧发酵过程中极易酸化，鉴于此，公开号为CN103667101A的专利指出在餐厨垃圾酸化阶段接种酵母菌进行乙醇预发酵，可缓解厌氧发酵体系的酸化问题，且乙醇可逐渐转化为易被甲烷菌利用的乙酸，从而提高甲烷产量，使餐厨垃圾干式厌氧发酵稳定运行，但此过程依然存在很多亟待解决的技术瓶颈和机理问题：如乙醇预发酵如何提高甲烷产量；此过程中酵母菌，产甲烷菌，水解菌种群演替、结构和相互关系及重要功能基因的开发利用等。

为进一步明确乙醇预发酵提高厌氧消化过程甲烷产量的机理机制，传统的方法主要采用化学计量手段或分子生物学手段，但前者仅能针对化学组成变化明确的过程进行物料衡算和热量衡算，后者可以定量分析过程中微生物种类和数量的变化，但不能分析过程中碳源转变过程，而同位素分析法可以精确和定量分析过程参数变化，还可以实时描述过程中碳流量变化。餐厨垃圾接种污泥进行厌氧发酵的体系十分复杂，涉及多种化学反应，因此采用碳同位素标记可以区别原本底物中存在的碳源物质，这样既简化代谢分析过程，又能描述此复杂底物厌氧消化过程的碳流向，是一个方便、有效的示踪办法。

液相色谱-串联质谱法、气相色谱-串联质谱法是近年来发展起来的一种色谱/质谱联用技术。两种方法不仅具有样品前处理简单、操作方便、清洁实验等优势，且质谱分析可以定量分析标记性物质含量，已广泛用于土壤，食品，医疗等领域。为此，本论文创新采用GC-MS和LC-MS联合分析方法测定餐厨垃圾乙醇预发酵-厌氧发酵过程中碳流分布，以期为厌氧发酵理论研究提供一种可靠有效的方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供了一种测定餐厨垃圾乙醇预发酵-厌氧发酵过程中碳流分布的方法，该方法能够定量分析乙醇预发酵-甲烷发酵过程的碳流分布，为阐明厌氧发酵过程机理研究提供了一有效的分析方法；而且该方法前处理简单、操作简单。

为了解决上述技术问题，本发明提供了测定餐厨垃圾乙醇预发酵-厌氧发酵过程中碳流分布的方法，具体步骤为：1)餐厨垃圾底物中添加¹³C-葡萄糖，按照0.5％～2.5％(w/v)比例接种活化酵母菌，进行6h-24h的餐厨垃圾乙醇预发酵；2)预发酵后在密封环境下接种活性污泥(VS_污泥/VS_底物＝1-2)，于33℃～37℃下进行厌氧发酵；3)通过控制三通管的开关定时收集发酵体系中气体样品和液体样品；4)采用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)测定带有标记性的VFAs，乙醇，甲烷和二氧化碳；5)采用液相色谱-质谱联用仪(LC-MS)测定带有标记性的葡萄糖，乳酸；6)通过外标法核定不同时间下的产物产量，定量分析碳流分布。