【摘要】：利用厭氧菌群將有機(jī)廢棄物轉(zhuǎn)化成己酸等中鏈脂肪酸,是一種非常有潛力、可持續(xù)利用的新型能源化和資源化回收技術(shù)。本文以果蔬廢棄物為發(fā)酵底物,強(qiáng)化厭氧酸化相的水解轉(zhuǎn)化效率;以酸化發(fā)酵液為產(chǎn)己酸相底物,外源添加乙醇為電子供體進(jìn)行己酸發(fā)酵,并借助高通量測(cè)序和熒光定量PCR技術(shù)探析了果蔬廢棄物己酸發(fā)酵過(guò)程中的微生物群落結(jié)構(gòu)以及功能微生物的生長(zhǎng)規(guī)律;此外,采用離子交換樹(shù)脂以減輕發(fā)酵過(guò)程中己酸積累對(duì)微生物的潛在毒性,并通過(guò)優(yōu)化洗脫條件實(shí)現(xiàn)了樹(shù)脂高效再生,從而進(jìn)一步提高己酸的合成效能。本論文主要結(jié)論如下:1.果蔬廢棄物厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸相中,最佳pH=6,接種比為2:1時(shí),能夠?qū)崿F(xiàn)廢棄物高效水解轉(zhuǎn)化。通過(guò)設(shè)置反應(yīng)pH為4、5、6、7,進(jìn)行厭氧產(chǎn)酸相條件優(yōu)化。發(fā)酵類型受到pH影響,pH=4組為乙醇型發(fā)酵,pH=5、6、7三組均為丁酸型發(fā)酵;水解轉(zhuǎn)化率在低pH條件下較低,隨著pH升高水解轉(zhuǎn)化速率得到提升。結(jié)合液相組分變化,選擇pH=6為最佳條件。在接種比條件實(shí)驗(yàn)中,控制接種比(以TS計(jì))為2:1、1:1、2:3,研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),不同接種比對(duì)于水解程度影響不大;但隨著接種比的減小,酸化率出現(xiàn)降低,液相組份中丁酸比例增加,綜合考慮殘存碳水化合物等會(huì)對(duì)后續(xù)產(chǎn)己酸相產(chǎn)生不利影響,選擇接種比2:1為最佳條件。2.合理控制醇酸比和pH對(duì)提高產(chǎn)己酸相的發(fā)酵效能非常關(guān)鍵。當(dāng)醇酸比和pH控制為4:1和7.5時(shí),己酸生成量可達(dá)14.9 g?L~(-1)。最佳乙醇投加量為18.2 g?L~(-1)(395.7m M),醇酸比4:1、pH 6.5時(shí),己酸最高產(chǎn)量12.1 g?L~(-1)。在醇酸比≤4:1時(shí),均出現(xiàn)了己酸產(chǎn)物累積,液相組份中丁酸均出現(xiàn)了先升高后降低的現(xiàn)象,乙酸可被充分利用。醇酸比=5:1時(shí),高濃度的乙醇對(duì)微生物產(chǎn)生了明顯的抑制,己酸發(fā)酵不能進(jìn)行。因此選擇醇酸比4:1作為最佳條件。選擇pH 5.5、7.5、8.5、9.5作為pH優(yōu)化條件,發(fā)現(xiàn)pH 7.5條件下的發(fā)酵性能最優(yōu),而低pH條件下丁酸明顯積累,己酸少量合成;高pH條件下己酸合成幾乎停滯。最優(yōu)pH條件下的己酸生成量為14.9 g·L~(-1)。己酸菌(Clostridium kluyveri)指數(shù)增長(zhǎng)期伴隨著丁酸的生成,而己酸合成主要發(fā)生在生長(zhǎng)中后期,因此發(fā)酵中后期保證足夠的乙醇濃度是提高己酸產(chǎn)量的要素之一。此外,適當(dāng)提高pH有助于減輕有機(jī)酸毒性,增加己酸菌生物量;但是堿性環(huán)境會(huì)嚴(yán)重抑制己酸菌的生長(zhǎng)繁殖。通過(guò)分別對(duì)酸化相和產(chǎn)己酸相進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)控,兩相發(fā)酵策略更有利于提高己酸合成效能。3.通過(guò)微生物群落分析表明,在產(chǎn)己酸相中,門水平下,Firmicutes含量最為豐富;適量乙醇的添加促進(jìn)了己酸的生成,這可能是因?yàn)橐掖寄軌蜃鳛樘荚�、能源及還原當(dāng)量參與反應(yīng)。Sporanaerobacter spp.、Clostridium kluyveri DSM 555、Enterococcus asini ATCC700915和Eubacterium spp.這4種微生物與己酸產(chǎn)生以及乙醇利用過(guò)程關(guān)系密切。乙醇濃度對(duì)產(chǎn)己酸菌群的豐度變化具有顯著影響,同時(shí)己酸對(duì)體系中微生物的反饋抑制也是群落結(jié)構(gòu)變化的重要影響因素。4.采用離子交換樹(shù)脂以減輕發(fā)酵過(guò)程中己酸積累對(duì)微生物的潛在毒性。通過(guò)對(duì)比5種樹(shù)脂的靜態(tài)吸附容量和洗脫率,篩選出最適合碳鏈延伸過(guò)程中己酸吸附轉(zhuǎn)移的離子交換樹(shù)脂D201。D201的活性離子,在30℃、中性條件下能夠與溶液中的酸根離子(如:CH_3(CH_2)_4COO~-)進(jìn)行交換,從而將發(fā)酵液中的己酸進(jìn)行有效提取。D201樹(shù)脂對(duì)己酸吸附量較大,對(duì)其他羧酸和醇類物質(zhì)吸附量小。在洗脫液濃度為1mol·L~(-1)、解吸溫度為30℃時(shí),對(duì)樹(shù)脂洗脫效率高。樹(shù)脂多次吸附穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)表明樹(shù)脂吸附己酸效率高,抗有機(jī)污染和抗酸性能力強(qiáng),循環(huán)使用周期好。5.對(duì)最優(yōu)pH和乙醇投加量的碳鏈延伸過(guò)程,使用D201樹(shù)脂進(jìn)行離子交換,能夠有效緩解己酸對(duì)微生物的毒性,反應(yīng)過(guò)程中最高己酸產(chǎn)量為17.31 g·L~(-1),最高產(chǎn)率為2.02g·(L·d)~(-1),己酸累積產(chǎn)量為29.09 g·L~(-1)。確保反應(yīng)體系內(nèi)足夠的電子供體和碳源,并且不斷進(jìn)行離子交換,能夠保證碳鏈延伸過(guò)程的穩(wěn)定進(jìn)行。因此,通過(guò)厭氧兩相發(fā)酵工藝,能夠?qū)崿F(xiàn)己酸的高效合成。
【圖文】：

0 20 30 40 500 10 20 01x1072x1073x107時(shí)時(shí)間(d)rlostCidiumkuylevir量數(shù)圖 3-7 不同 pH 條件下 Clostridium kluyveri 數(shù)量的動(dòng)態(tài)變化g. 3-7 Variations of Clostridium kluyveri quantity under different性分析下第 70d 時(shí) 0:1、2:1、4:1、5:1 組體系污泥，分別圖對(duì)醇酸比條件下 0:1、2:1、4:1、5:1 組微生物運(yùn)算觀的表現(xiàn)環(huán)境樣本的 OTU 數(shù)目組成相似程度及各組似水平為 97%的 OTU 樣本表。

第三章 厭氧發(fā)酵產(chǎn)己酸條件及其微生物學(xué)研究了高乙醇添加組中后期乙酸生成的原因[58]。Syntrophomonadaceae srus spp.、Aminobacterium spp.這 3 種微生物在 0:1 中占比較大，與，同時(shí)與丙酸呈正相關(guān)，這些微生物在其他 3 組中含量較少，，表明免單相發(fā)酵存在的反應(yīng)問(wèn)題，乙醇的添加對(duì)己酸的合成有至關(guān)重要
【學(xué)位授予單位】：江南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：X705;X172

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2642664