混合菌群发酵合成气产乙酸和辛酸的方法与流程

本发明属于废物资源化领域，尤其涉及一种混合菌群发酵合成气产乙酸和辛酸的方法。

背景技术：

合成气(主要成分为h2、co和co2)来源广泛，微生物发酵合成气生成生物燃料(乙醇、丁醇等)和化学品(vfa，mcfa等)，不需要昂贵的化学催化剂，是一种环境友好型技术。混合培养生物技术相比微生物纯培养技术具有无需灭菌、微生物对有毒物质co适应性更广等优势。混合培养生物技术从生物工程学的角度出发，与传统环境生物技术相结合，在处理废弃物的同时又能获得附加值高的产品，因此近年来成为一个非常有前景的技术。学者利用来自污泥和厌氧颗粒污泥的未知混培物发酵co生成h2和乙酸；也有报道混培物发酵合成气生产乙醇，但仅局限于混合菌群发酵合成气生产乙酸和乙醇等短链脂肪酸。

近年来，人们越来越关注厌氧发酵生产附加值高的中链脂肪酸。中链脂肪酸的形成需要两个步骤：首先酸化产生乙酸、乙醇等，然后乙酸和乙醇等发生碳链延长反应生成中链脂肪酸。clostridiumautoethanogenum和clostridiumkluyveri共培养的已知混培物可转化co和合成气生产c4酸和c6酸。相比于纯培养和已知混培物，混合培养生物技术生产中链脂肪酸同样更具优势。研究表明开放的厌氧反应器微生物可利用高乙醇/乙酸比废水进行碳链延长反应生成辛酸。研究者也报道了中空纤维膜生物反应器中利用h2和co2实现了中链脂肪酸的合成。但是，混合培养条件下合成气发酵直接生产中链脂肪酸未见报道，获得能够利用合成气发酵生产中链脂肪酸的混合菌群有助于实现固体废弃物和工业废气的资源化利用，将产生较大的环境效应和经济效益。

有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的(名称)，使其更具有产业上的利用价值。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种混合菌群发酵合成气产乙酸和辛酸的方法，实现了同一菌群在同一体系中完成合成气发酵和脂肪酸碳链延长的两步反应，该方法无需灭菌，操作简便，能够适应任意组分比例的合成气，对合成气中有毒气体h2s耐受性高，得到的辛酸易分离、经济附加值高。

本发明提出的一种混合菌群发酵合成气产乙酸和辛酸的方法，包括以下步骤：

s1.采集厌氧环境样品以甲酸钠为碳源进行富集培养；

s2.顶空充入合成气对富集培养物进行驯化选育，得到混合菌群；

s3.接种该混合菌群，发酵合成气生成乙酸和乙醇；

s4.顶空补充h2生成辛酸。

进一步的，所述厌氧环境样品包括牛粪、瘤胃微生物、污泥、湖泊沉积物、河道底泥、沼泽泥浆中的一种或多种。

进一步的，所述步骤s1中，富集培养基的成分包括：hcoona3.5g/l，nh4cl0.5g/l，kh2po40.25g/l，k2hpo4·3h2o0.25g/l，mgcl2·6h2o0.3g/l，fecl3·6h2o0.025g/l，niso4·6h2o0.016g/l，cacl20.025g/l，zncl20.0115g/l，cocl·6h2o0.0105g/l，cucl2·2h2o0.005g/l，mncl2·4h2o0.015g/l，brch2ch2so310.5g/l，ph为7.0～8.0，培养温度为30～40℃。

进一步的，所述步骤s2中，驯化选育的培养基的成分包括：nh4cl0.5g/l，kh2po40.25g/l，k2hpo4·3h2o0.25g/l，mgcl2·6h2o0.3g/l，fecl3·6h2o0.025g/l，niso4·6h2o0.016g/l，cacl20.025g/l，zncl20.0115g/l，cocl·6h2o0.0105g/l，cucl2·2h2o0.005g/l，mncl2·4h2o0.015g/l，brch2ch2so310.5g/l，ph为7.0～8.0，培养温度为30～40℃。

进一步的，所述步骤s2中，合成气成包括co、co2、h2，其体积比为4：3：3。

进一步的，所述步骤s3中，发酵合成气的培养基的成分包括：nh4cl0.5g/l，kh2po40.25g/l，k2hpo4·3h2o0.25g/l，mgcl2·6h2o0.3g/l，fecl3·6h2o0.025g/l，niso4·6h2o0.016g/l，cacl20.025g/l，zncl20.0115g/l，cocl·6h2o0.0105g/l，cucl2·2h2o0.005g/l，mncl2·4h2o0.015g/l，brch2ch2so310.5g/l，ph为7.0～8.0，培养温度为30～40℃。

进一步的，所述步骤s3中，合成气包括co，其体积百分含量为0～100％

进一步的，所述步骤s4中，h2的气压为0.5～2.0atm。

借由上述方案，本发明至少具有以下优点：本发明实现了同一菌群在同一体系中完成合成气发酵和脂肪酸碳链延长的两步反应，该方法无需灭菌，操作简便，能够适应任意组分比例的合成气，对合成气中有毒气体h2s耐受性高；合成气来源广泛，可源自生物质、煤和有机废物的气化以及工业废气；得到的辛酸易分离、经济附加值高，其相应的高级醇可作为潜在的生物燃料使得废物资源化；同时降低了co2等温室气体的排放，符合可持续发展原则；合成气混菌发酵产辛酸为合成气发酵提供了新思路，为解决化石能源短缺及环境污染问题带来了福音。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是实施例1中混合菌群的fhs基因拷贝数；

图2是实施例1中混合菌群对合成气(co/co2/h2，4/3/3，v/v/v)的发酵曲线图；

图3是实施例1中混合菌群对合成气(co/h2/co2，50/40/10，v/v/v)的发酵曲线图；

图4是实施例1中乙酸、乙醇和辛酸浓度的柱状图；

图5是实施例2中混合菌群对合成气(co/h2/co2，0/80/20，v/v/v)的发酵曲线图；

图6是实施例2中乙酸、乙醇和辛酸浓度的柱状图；

图7是实施例3中混合菌群对合成气(co/h2/co2，100/0/0，v/v/v)的发酵曲线图；

图8是实施例3中乙酸、乙醇和辛酸浓度的柱状图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

称取100g牛粪于500ml厌氧瓶中，加入250ml富集培养基中进行富集培养。培养基的主要成分如下(g/l)：甲酸钠3.5，nh4cl0.5，kh2po40.25，k2hpo4·3h2o0.25，mgcl2·6h2o0.3，fecl3·6h2o0.025，niso4·6h2o0.016，cacl20.025，zncl20.0115，cocl·6h2o0.0105，cucl2·2h2o0.005，mncl2·4h2o0.015，另外，加入特异性产甲烷抑制剂2-溴乙烷磺酸盐(brch2ch2so3,bes)至终浓度50mmol/l抑制体系中的产甲烷活动。向厌氧瓶中充入n215min置换瓶内o2保持瓶内厌氧状态，每20天更换一次培养基以维持碳源充足。中温(37℃)条件下培养至同型产乙酸菌数量10⁸～10⁹拷贝数/g干重。

将上述富集培养物离心20min后接种至250ml驯化培养基，驯化培养基不包括甲酸钠，其它成分与富集培养基相同。500ml厌氧瓶内充入合成气(co/co2/h2，4/3/3，v/v/v)排空瓶内氧气后继续补充气体至瓶内压强1.5atm，中温(37℃)条件下反复传代培养至合成气6～8天内利用完全，得到混合菌群。

将2g混合菌群接种至15ml发酵培养基中，发酵培养基成分与驯化培养基相同，顶空充入1.5atm合成气，合成气组分为co/h2/co2(50/40/10，v/v/v)，中温37℃发酵。合成气消耗完全并且乙酸和乙醇浓度变化较小时，顶空补充h2至1.5atm反应24天后，最终产生6.25mmol/l乙酸和0.41mmol/l辛酸。

混合菌群的fhs基因拷贝数见图1，混合菌群对合成气(co/co2/h2：4/3/3，v/v/v)的发酵曲线见图2；混合菌群对co/h2/co2(50/40/10，v/v/v)的发酵曲线见图3，乙酸、乙醇和辛酸的浓度见图4。

实施例2

混合菌群的获取方法与实施例1相同。

将2g混合菌群接种至15ml发酵培养基中，发酵培养基的成分与实施例1相同，顶空充入1.5atmco/h2/co2(0/80/20，v/v/v)气体，中温30℃发酵。合成气消耗完全并且乙酸和乙醇浓度变化较小时，顶空补充h2至1.0atm反应20天后，最终产生7.71mmol/l和0.45mmol/l辛酸。

混合菌群对co/h2/co2(0/80/20，v/v/v)的发酵曲线图见图5，乙酸、乙醇和辛酸的浓度见图6。

实施例3

混合菌群的获取方法与实施例1相同。

将2g混合菌群接种至15ml发酵培养基中，发酵培养基成分与实施例1相同，顶空充入1.5atmco/h2/co2(100/0/0，v/v/v)气体，中温40℃发酵。合成气消耗完全并且乙酸和乙醇浓度变化较小时，顶空补充h2至2.0atm反应20天后，最终产生3.52mmol/l和0.20mmol/l辛酸。

混合菌群对co/h2/co2(100/0/0，v/v/v)的发酵曲线图见图7，乙酸、乙醇和辛酸的浓度见图8。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。