[发明专利]一种体外瘤胃仿生系统

说明书

一种体外瘤胃仿生系统，包括：纤维素类生物质预处理单元，对纤维素类生物质进行预处理得到基质；产酸发酵单元，与所述纤维素类生物质预处理单元连接，接种富含瘤胃功能菌的接种物，模拟反刍动物瘤胃厌氧发酵产酸环境，将所述基质酸化得到混合液，并固液分离；酸吸收单元，与所述产酸发酵单元连接，将固液分离得到的酸化液中短链脂肪酸吸收转化。本发明专利的优点主要体现在：①能够较好的模拟瘤胃功能菌体内理化环境，能够实现瘤胃功能菌的有效持留，实现体外仿生系统的长期高效稳定运行。②该系统构建方法简单，纤维素类生物质能源化实现途径温和高效，运行维护成本低。

技术领域

本发明属于纤维素类生物质资源化技术领域，特别涉及一种体外瘤胃仿生系统。

背景技术

在自然界中，反刍动物的瘤胃是一种自然形成且高度集成化的天然生物反应系统，能够对纤维素类生物质进行高效水解。其中，瘤胃微生物菌群及其分泌的纤维素类生物质降解酶，如：木质素过氧化物酶、锰过氧化物酶、漆酶、木聚糖酶、羧甲基纤维素酶、木糖醇酶、木聚糖酯酶、β-葡萄糖苷酶、内切- β-1,4-葡聚糖酶和纤维二糖水解酶等。在反刍动物瘤胃中，能将自然界中难降解纤维素类生物质在温和条件下快速转化为挥发性短链脂肪酸(VFA),然后被瘤胃壁吸收转化生成ATP，为反刍动物提供所需能量来源。

随着全球农牧业发展，大量的纤维素类生物质(如玉米秸秆、小麦秸秆、稻杆、食草动物粪便等)造成了严重的环境污染问题。作为年产量来源广泛的有机废弃物，如何将其进行高效降解进而转化生成能源物质或化学中间体，是其解决污染问题的同时缓解能源危机的重要途径。从环境污染治理的角度出发，实现纤维素类生物质的快速水解是其生物能源化的瓶颈步骤。如何模拟反刍动物瘤胃构建体外瘤胃仿生系统，有望为纤维素类生物质的降解转化及其利用开辟新的途径。但鉴于反刍动物瘤胃系统的复杂性，目前尚未构建简单易行且能稳定高效运行的体外瘤胃仿生系统。

发明内容

鉴于目前体外瘤胃仿生系统复杂且难以长期高效稳定运行的问题，本发明提出一种体外瘤胃仿生系统，通过动态膜生物反应器和瘤胃功能微生物、产甲烷颗粒污泥分别进行耦合形成产酸发酵单元和酸吸收单元，分别模拟瘤胃发酵过程和瘤胃壁酸吸收功能，有效截留瘤胃功能微生物及其分泌的胞外纤维素类生物质降解酶，实现体外瘤胃仿生系统的长期高效稳定运行，同时兼具投资运行低廉和简单易行的优点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种体外瘤胃仿生系统，其特征在于，包括：

纤维素类生物质预处理单元，对纤维素类生物质进行预处理得到基质；

产酸发酵单元，与所述纤维素类生物质预处理单元连接，接种富含瘤胃功能菌的接种物，模拟反刍动物瘤胃厌氧发酵产酸环境，将所述基质酸化得到混合液，并固液分离；

酸吸收单元，与所述产酸发酵单元连接，将固液分离得到的酸化液中短链脂肪酸吸收转化。

在一个实施例中，所述纤维素类生物质预处理单元包括基质罐，纤维素类生物质经预处理后储于基质罐，所述预处理包括纤维素类生物质的粉碎以及与有机固体废弃物的混合。

在一个实施例中，所述纤维素类生物质与有机固体废弃物的混合比例通过批次试验优化确定，以最大程度的水解速率为优化目标。

在一个实施例中，所述有机固体废弃物包括牛粪。

在一个实施例中，所述富含瘤胃功能菌的接种物为瘤胃液或牛粪。

在一个实施例中，所述产酸发酵单元的基质采用连续流或间歇的方式泵入。