[发明专利]农业废弃物发酵生产聚羟基脂肪酸酯的方法

说明书

本发明属于农业废弃物利用领域，具体涉及农业废弃物发酵生产聚羟基脂肪酸酯的方法。本发明中发酵底物为农业废弃物，包括畜禽粪污和种植业废弃物的混合物，所述方法包括：一级发酵阶段：发酵菌为乳酸菌，发酵温度为35‑55℃，pH值为3.0‑6.0，间歇曝气使系统中氧化还原电位维持在‑250~‑450mV；二级发酵阶段：采用驯化的污泥进行好氧发酵，发酵温度为20‑40℃，pH值为7.0‑9.0。本发明在不额外添加外源碳源和氮源的条件下，将畜禽粪污和种植业废弃物中有机碳源高效转化为PHA，不仅可拓宽PHA的生产来源，降低PHA生产成本，而且减少畜禽粪污和种植业废弃物的潜在污染，为它们的高值化利用提供了新途径。

技术领域

本发明属于农业废弃物利用领域，具体涉及一种农业废弃物发酵生产聚羟基脂肪酸酯的方法。

背景技术

聚羟基脂肪酸酯（Polyhydroxyalkanoates，PHA）是一种可生物降解的新型可塑原料，它具备传统塑料制品相似的材料学特性。不同于传统塑料，PHA可在自然环境（如土壤、海水）或生物处理（如厌氧消化、好氧堆肥）条件下被完全降解为CO₂/CH₄和水，是环境友好的可降解材料。PHA的推广应用是解决白色污染和改善生态环境的有效途径，为此PHA的高效生产和应用也得到了广泛关注。

当前PHA发酵生产工艺主要通过葡萄糖、植物油等为碳源，在高碳低氮的失衡条件下进行合成。原料成本高制约了PHA的规模化生产和应用，为降低生产成本，学者们研究了系列利用废弃生物质生产PHA的方法，如中国专利CN 111394398 A公开了一种以高盐糖蜜为原料进行发酵制备PHA的方法，以糖蜜废水替代葡萄糖降低碳源成本；CN 104357496B公开了一种利用玉米浆水解液合成PHA的方法，采用水解玉米浆提供氮源降低了PHA合成中外加氮源的成本；CN 111892699A公开了一种利用餐厨垃圾合成PHA的设备和方法，其将餐厨垃圾首先酸化再进一步合成PHA。畜禽粪便相对餐厨垃圾而言，资源量大且物料特性稳定，但N/P含量更高，易使PHA培养过程达到营养平衡状态，造成PHA被转化利用，不利于PHA的累积，这就导致了采用畜禽粪便生产PHA相对于其他物料的难度更大，目前尚没有理想的方法。

鉴于此，有必要摸索出一种新的更利于推广的，适于以含有高氮、磷、有机物和矿物质等复杂成分的废弃物为原料合成PHA的方法。

发明内容

本发明为解决PHA生产过程中原料成本高，提供了一种利用畜禽粪污等农业废弃物两阶段发酵生产PHA的方法。

具体地，本发明的技术方案如下：

一种农业废弃物发酵生产聚羟基脂肪酸酯（PHA）的方法，其发酵底物为农业废弃物，所述农业废弃物包括畜禽粪污和种植业废弃物的混合物，所述种植业废弃物为农作物秸秆和/或果蔬废弃物；所述方法包括：

A、一级发酵阶段：发酵菌为乳酸菌，发酵温度为35-55℃，pH值为3.0-6.0，间歇曝气使发酵系统中氧化还原电位（ORP）维持在-250mV~-450mV；

B、二级发酵阶段：采用驯化的污泥进行好氧发酵，发酵温度为20-40℃，pH值为7.0-9.0。

本发明在现有PHA合成技术研究基础上，提出了利用畜禽粪污与其他种植源农业废弃物为原料通过两阶段发酵工艺生产PHA的方案。其中PHA的主要成分为PHB和PHV。

具体地，本发明通过各阶段不同功能菌种的选择，配合各发酵阶段的特定条件控制，使得在一级发酵阶段可定向生成具有特定比例关系的乳酸和多种挥发性脂肪酸，进而在后续的二级发酵阶段实现PHA的高效生产。

优选，一级发酵阶段的发酵温度为35-45℃，pH值为4.5-5.5。这一条件可提高优势产乳酸菌的底物竞争能力，同时发酵产生的乳酸会降低系统pH，进一步抑制其他微生物的代谢活性，进而促进优势乳酸菌的富集，利于实现粪污等农业废弃物中有机碳源向特定比例关系的乳酸和多种挥发性脂肪酸的定向转化。