[发明专利]一种采用电发酵强化短链挥发性脂肪酸加链产己酸的方法

说明书

本发明公开了一种采用电发酵强化短链挥发性脂肪酸加链产己酸的方法。本方法要解决目前采用的短链挥发性脂肪酸加链产己酸方法的成本高，需外加电子供体，己酸转化率低等突出问题，旨在通过利用微生物电解池提高己酸产率并连续回收己酸。微生物电解池为己酸生产提供了一条新途径。方法如下：一、组装并连接数据记录仪；二、电极材料预处理；三、组装反应器；四、MEC的接种启动与功能微生物的驯化；五、在厌氧条件下进行正式电发酵实验，完成电发酵强化短链脂肪酸加链产己酸方法。本发明以附着在电极上的微生物作为自再生催化剂，以原位产生的电极电子和氢气为还原力促进己酸合成，是一种快速、高效的产己酸方法。

技术领域

本方法涉及一种采用电发酵强化短链挥发性脂肪酸加链产己酸的方法。

背景技术

随着社会生产的发展，对燃料和化学品的需求不断增加导致有机废物的数量也在不断增加。目前使用的燃料和化学品主要来源于化石资源，利用玉米、甘蔗和棕榈等粮食作物的生产正在扩大。但是化石资源的大量消耗加剧了环境污染和全球变暖，使用粮食作物进行燃料和化学品生产可能与人类粮食生产竞争。从混合有机废物中生产高价值的附加产品，如厌氧发酵产生沼气和堆肥厌氧消化产小分子脂肪酸，但是发酵的底物含水量很高，在发酵液中提取混溶发酵产品存在一个巨大的成本因素。己酸作为一种新兴的微生物燃料可以从低品位混合有机废物中产生。己酸具有低溶解性和高能量密度，被认为是非常有潜力的生物燃料。而且己酸具有广泛的应用，可直接用作饲料添加剂、抗菌素和植物生长促进剂，还可作为润滑油、香水、涂料添加剂和药品等各种商品的前体。

厌氧发酵产己酸是目前研究的较为广泛的一种己酸生产方法，通过反β氧化循环，以乙醇、甲醇、乳酸等还原性化学品为外加电子供体，乙酸钠为底物进行己酸的合成。但是在此合成过程中外加电子供体导致合成体系经济性较差。微生物电解池（MEC）由于其底物范围广，反应周期短，能量回收率高而成为废物资源化的重要手段之一，并且微生物电解池在回收高价值发酵产品中具有广泛的应用。MEC技术也被认为是目前可持续能源和生化产品生产的最有效的方法。

发明内容

本发明目的是要利用微生物电解池提高短链挥发性脂肪酸向己酸的转化率，并且改善传统厌氧发酵过程中占地面积大，连续运行效果差等弊端。

微生物电催化强化短链挥发性脂肪酸加链产己酸的方法，具体是按照以下步骤进行的：

一、组装并连接数据记录仪：数据记录仪用于实时记录反应器的电流数据变化情况；

二、电极材料预处理：阳极材料为碳刷，先用去离子水洗去碳刷表面杂质，然后用丙酮浸泡 24 h后放入马弗炉中，于400~600℃下烧 30 min，最后置于去离子水中备用（目的为去除碳刷上的有机物质）；阴极材料为碳布，根据每平方厘米阴极表面需要0.5mg铂碳计算，先称量90mg10%（（指铂碳中铂的质量百分比含量））的铂碳，然后加入75μL去离子水，涡旋振荡后加入600μL的5%的Nafion膜溶液（5%指的是Nafion膜溶液中的树脂固含量）和300μL的异丙醇，涡旋振荡，然后将溶解成糊状的铂碳均匀的刷在碳布上，干燥24h以备用（膜溶液为粘合剂，可将铂碳成功附着在碳布表面。铂碳为催化剂，碳布上负载铂碳催化剂可提高电催化性能）；

三、组装单室MEC反应器：采用单极室微生物电解池，阳极为碳刷，阴极为碳布，电解池容积为100~250mL，电解池材料为玻璃，整个装置为密封厌氧环境；

四、MEC的接种启动与功能微生物的驯化：室温启动单室MEC反应器，外加0.8~1.2V电压，同时接入10 Ω电阻以测定反应器电流；将厌氧瓶内驯化好的产己酸菌与培养基以1：10的体积比加入单室MEC反应器进行启动，其中乙酸钠浓度为1~3 g/L，乙醇浓度为0~12mL/L（不同比例的乙酸钠/乙醇影响己酸产率）；5 d为一个周期，等待电流周期性变化稳定且产电峰值稳定时即完成MEC反应器的接种启动和功能微生物的驯化；