CN110408553A - 一种以棕榈废料为原料生产单细胞蛋白的方法 - Google Patents

一种以棕榈废料为原料生产单细胞蛋白的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种以棕榈废料为原料生产单细胞蛋白的方法，包括以下步骤：（1）气化：对棕榈废料进行气化得到生物质气体，然后去除生物质气体中的杂质、H2S、焦油及碳氢化合物；（2）厌氧发酵：将厌氧发酵培养基填充于厌氧发酵罐内，然后将生物质气体通入厌氧发酵罐内、并在厌氧发酵培养基中接入厌氧微生物，在绝对厌氧环境中进行发酵、得到有机酸溶液；（3）好氧发酵：对有机酸溶液进行微孔膜过滤、高压灭菌后，在有机酸溶液中接入好氧微生物；将接种有好氧微生物的有机酸溶液和好氧发酵培养基填充于好氧发酵罐内进行发酵。该方法具有如下优点：大大减少环境污染、对环境友好；不仅开拓了棕榈废料的应用领域，还大大降低了碳源成本。

Description

一种以棕榈废料为原料生产单细胞蛋白的方法
技术领域
本发明涉及生物发酵技术领域，特别涉及一种以棕榈废料为原料生产单细胞蛋白的方法。
背景技术
棕榈油是一种热带木本植物油，由油棕树上的棕榈果压榨而成，是目前世界上生产量、消费量和国际贸易量最大的植物油品种之一，与大豆油、菜籽油并称为“世界三大植物油”。棕榈果采摘后，留下的棕榈壳、油棕空果串、油棕叶就成了无用的棕榈废料。中国作为全球第一大棕榈油进口国，每年的消费量约为600万吨，占市场总量的20％以上，并逐年递增，因而每年都会产生数千万吨的棕榈废料。
目前棕榈废料处理方式是燃烧，燃烧后的灰烬用于充当植物的肥料，但燃烧会带来严重的环境污染，而且许多国家已经开始明令禁止燃烧棕榈废料。棕榈废料的另一种处理方式是堆积后使其自然腐烂或分解，但棕榈废料的产生速度远大于其腐烂或分解的速度，这会导致大量棕榈废料的积压。
单细胞蛋白，也叫微生物蛋白，是用许多工农业废料及石油废料人工培养的微生物菌体。因而，单细胞蛋白不是一种纯蛋白质，而是由蛋白质、脂肪、碳水化合物、核酸及不是蛋白质的含氮化合物、维生素和无机化合物等混合物组成的细胞质团。单细胞蛋白是一类凝缩的蛋白类产品，含粗蛋白50％～85％，其中氨基酸组分齐全，可利用率高，还含维生素、无机盐、脂肪和糖类等，其营养价值高、用途广泛。尽管单细胞蛋白具有上述优点，但目前单细胞的生产成本中，原料成本仍占总生产成本的60％以上，其中原料中的碳源成本最高。
发明内容
本发明所需解决的技术问题是：提供一种以棕榈废料为原料生产单细胞蛋白的方法，所述的棕榈废料选自棕榈壳、油棕空果串、油棕叶。该方法以棕榈废料气化得到的生物质气体作为厌氧发酵的唯一碳源进行厌氧发酵，然后将厌氧发酵产物作为好氧发酵的底物进行好氧发酵得到单细胞蛋白产物；相比传统对棕榈废料进行燃烧或堆积处理的方式，大大减少环境污染、对环境友好；相比传统采用碳源为原料制备单细胞蛋白的方法，大大降低了碳源成本。
为解决上述问题，本发明所述的一种以棕榈废料为原料生产单细胞蛋白的方法，包括以下步骤：
(1)气化：对棕榈废料进行气化得到生物质气体，然后去除生物质气体中的杂质、H2S、焦油及除甲烷以外的其他碳氢化合物，使生物质气体中的杂质、H2S、焦油及其他碳氢化合物的体积浓度≤40ppm；并使生物质气体中的氧气含量≤10ppm；
(2)厌氧发酵：将厌氧发酵培养基填充于厌氧发酵罐内，然后将生物质气体通入厌氧发酵罐内、并在厌氧发酵培养基中接入厌氧微生物，在绝对厌氧环境中进行厌氧发酵、得到有机酸溶液；
(3)好氧发酵：对有机酸溶液进行微孔膜过滤后，在有机酸溶液中接入好氧微生物；将接种有好氧微生物的有机酸溶液和好氧发酵培养基填充于好氧发酵罐内进行好氧发酵、得到单细胞蛋白产物。
进一步地，前述的一种以棕榈废料为原料生产单细胞蛋白的方法，其中，步骤(2)中净化处理后的生物质气体的主要成分为占比40％～60％的氢气。气化过程中通过控制温度、氧气浓度等使得生物质气体的组成成分包括：H2和CO、或生物质气体的组成成分包括：H2和CO2、或生物质气体的组成成分包括：H2、CO2和CO。
当生物质气体的组成成分包括：H2和CO时，H2和CO的摩尔体积比为(1.5～5.0)：1；H2和CO的摩尔比也可以为(1.5～4.5)：1或(1.5～3.5)：1或(1.5～3.0)：1或(2.0～3.5)：1或(2.0～3.0)：1。
当生物质气体的组成成分包括：H2和CO2时，H2和CO2的摩尔体积比为(1.5～5.0)：1；H2和CO2的摩尔比也可以为(1.5～4.5)：1或(1.5～3.5)：1或(1.5～3.0)：1或(2.0～3.5)：1或(2.0～3.0)：1。
当生物质气体的组成成分包括：H2、CO2和CO时，H2、CO2和CO的摩尔体积比为(1.5～5.0)：0.5：0.5；H2、CO2和CO的摩尔比也可以为(1.5～4.5)：0.5：0.5或(1.5～4.0)：0.5：0.5或(1.5～3.5)：0.5：0.5或(1.5～3.0)：0.5：0.5或(2.0～3.5)：0.5：0.5或(2.0～3.0)：0.5：0.5。
进一步地，前述的一种以棕榈废料为原料生产单细胞蛋白的方法，其中，步骤(2)中所述的厌氧发酵培养基的组成成分包括：磷酸二氢钾1～3g/L和/或磷酸氢二钾1～3g/L、硫酸铵2～10g/L、硫酸镁0.5～3g/L、2-(N-吗啡啉)乙磺酸8～15g/L、0.2％刃天青0.5～2mg/L。
进一步地，前述的一种以棕榈废料为原料生产单细胞蛋白的方法，其中，步骤(2)中所述的厌氧微生物为酵醋酸菌、杆菌、索状芽孢杆菌、伍氏醋酸杆菌、粘液真杆菌、大肠杆菌、消化链球菌、热醋穆尓氏菌中的一种或多种。
进一步地，前述的一种以棕榈废料为原料生产单细胞蛋白的方法，其中，步骤(2)中厌氧发酵培养基的填充体积为厌氧发酵罐容积的80％±5％。
厌氧微生物的接种浓度为厌氧发酵培养基体积的5％～20％或5％～15％或15％～20％或8％～15％。
厌氧发酵期间发酵液的发酵温度为30～65℃或32～45℃或35～55℃。
厌氧发酵期间发酵液的pH值为6.5～8.0或6.8～7.3。
厌氧发酵期间发酵液的ORP值(氧化还原电位)为-250～-200mV；厌氧发酵培养周期为72～168小时。
进一步地，前述的一种以棕榈废料为原料生产单细胞蛋白的方法，其中，步骤(2)中厌氧发酵后得到的有机酸溶液中的有机酸为甲酸、乙酸、丙酸、乳酸、丁酸中的一种或多种。
进一步地，前述的一种以棕榈废料为原料生产单细胞蛋白的方法，其中，步骤(2)中通过控制生物质气体通入厌氧发酵罐内的通入量、从而使有机酸溶液中的有机酸含量控制在1％～5％。本发明中有机酸溶液中的有机酸含量还可以是1.5％～5％、2％～5％、3％～5％、4％～5％。
进一步地，前述的一种以棕榈废料为原料生产单细胞蛋白的方法，其中，步骤(3)中所述的好氧微生物为酵母、微藻中的一种或多种。
进一步地，前述的一种以棕榈废料为原料生产单细胞蛋白的方法，其中，所述的酵母包括：产朊假丝酵母、热带假丝酵母、园拟酵母、球拟酵母、毕赤酵母、酿酒酵母、解脂耶罗酵母、产油油酯酵母中的一种或多种；所述的微藻包括：沼泽红假单胞菌、类球红假单胞菌、嗜酸红假单胞菌、荚膜红假单胞菌、红螺菌中的一种或多种。
进一步地，前述的一种以棕榈废料为原料生产单细胞蛋白的方法，其中，步骤(3)中所述的好氧发酵培养基的组成成分包括：酵母抽提物0.5～2.5g/L、硫酸镁1～3g/L、硫酸铵5～20g/L、磷酸二氢钾2～5g/L和/或磷酸氢二钾2～5g/L、氯化铁0.01～0.02g/L、硫酸锰0.01～0.02g/L、硫酸锌0.01～0.02g/L、硫酸铜2～4mg/L、钼酸钠2～4mg/L。
进一步地，前述的一种以棕榈废料为原料生产单细胞蛋白的方法，其中，步骤(3)中好氧微生物的接种浓度为好氧发酵培养基体积的1％～10％，好氧微生物的接种浓度更优选为好氧发酵培养基体积的3％～5％。
好氧发酵期间发酵液的发酵温度为25～35℃或28～30℃。
好氧发酵期间的空气通气量为0.5～2.5vvm或1.0～1.5vvm或1.5～2.0vvm或1.8～2.5vvm。
好氧发酵期间通过通气量和搅拌发酵液配合使发酵液中的溶解氧为20％～60％；好氧发酵培养周期为24～96小时。在实际生产中，发酵分两种：批次发酵和连续发酵。批次发酵就是一批批的做，通常每批次的好氧发酵培养周期是24到96小时；而连续发酵就是一边进料，一边出料，可以连续运转数月甚至更长时间。
好氧发酵期间的发酵液的pH值为7.2～8.0，好氧发酵期间的发酵液的pH值优选为7.4～7.8。
进一步地，前述的一种以棕榈废料为原料生产单细胞蛋白的方法，其中，棕榈废料气化过程中产生的热量用于厌氧发酵和好氧发酵中的灭菌及干燥处理。
本发明的有益效果是：①该方法以棕榈废料气化得到的生物质气体作为厌氧发酵的唯一碳源进行厌氧发酵，然后将厌氧发酵产物作为好氧发酵的底物进行好氧发酵得到单细胞蛋白产物，相比传统对棕榈废料进行燃烧或堆积处理的方式，大大减少环境污染、对环境友好；②该方法利用棕榈废料气化、连续两步发酵制取单细胞蛋白，不仅开拓了棕榈废料的应用领域，相比传统采用碳源为原料制备单细胞蛋白的方法，还大大降低了碳源成本；③棕榈废料气化过程中产生的热量用于厌氧发酵和好氧发酵中的灭菌及干燥处理，将热能回用可以提高能量利用率，降低生产成本。
附图说明
图1是乙酸的产量随时间变化的变化曲线。
具体实施方式
下面结合优选实施例对本发明所述的技术方案作进一步详细的说明。
实施例一
本实施例中所述的一种以棕榈废料为原料生产单细胞蛋白的方法，包括以下步骤：
(1)气化：利用气化锅炉对棕榈废料进行气化得到生物质气体，然后去除生物质气体中的杂质、H2S、焦油及除甲烷以外的其他碳氢化合物，使生物质气体中的杂质、H2S、焦油及其他碳氢化合物的体积浓度≤40ppm；并使生物质气体中的氧气含量≤10ppm。净化处理后的生物质气体的各组成成分及占比参见表1所示。
表1.净化处理后的生物质气体各组分的摩尔体积占比
(2)厌氧发酵：表2给出了厌氧发酵培养基的配方，按照表2配方配制厌氧发酵培养基，并进行高温灭菌：121℃下灭菌30分钟，这里可以采用棕榈废料气化过程中产生的热量作为高温灭菌的热源。将厌氧发酵培养基填充于厌氧发酵罐内，然后将生物质气体通入厌氧发酵罐内、并在厌氧发酵培养基中接入厌氧微生物，在绝对厌氧环境中进行厌氧发酵、得到有机酸溶液。
表2.厌氧发酵培养基的配方
组分 含量
磷酸二氢钾(KH<sub>2</sub>PO<sub>4</sub>) 1.4g/L
磷酸氢二钾(K<sub>2</sub>HPO<sub>4</sub>) 1.1g/L
硫酸铵((NH<sub>4</sub>)<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>) 2.0g/L
硫酸镁(MgSO<sub>4</sub>·7H<sub>2</sub>O) 0.5g/L
2-(N-吗啡啉)乙磺酸(MES) 10g/L
0.2％刃天青 0.5mg/L
其中，厌氧发酵培养基的填充体积为厌氧发酵罐容积的80％。厌氧微生物的接种浓度为厌氧发酵培养基体积的10％。厌氧发酵期间发酵液的发酵温度为60℃。厌氧发酵期间发酵液的pH值为7.0。厌氧发酵期间的发酵液的ORP值(氧化还原电位)为-250～-200mV；厌氧发酵培养周期为72～168小时。
本实施例中厌氧微生物选用热醋穆尓氏菌，厌氧发酵后得到的有机酸溶液中的有机酸为乙酸。如图1所示为乙酸的产量随时间变化的变化曲线。
本实施例通过控制生物质气体通入厌氧发酵罐内的通入量、从而使有机酸溶液中的有机酸含量控制在1％～5％。
(3)好氧发酵：对有机酸溶液进行微孔膜过滤后，在有机酸溶液中接入好氧微生物；将接种有好氧微生物的有机酸溶液和好氧发酵培养基填充于好氧发酵罐内进行好氧发酵、得到单细胞蛋白产物。
好氧发酵罐选用5L容积的发酵罐时，通常好氧发酵培养基填充体积为2L左右，如1.8～2.2L，接种有好氧微生物的有机酸溶液的填充体积为1.5L左右,如1.4～2L。
本实施例中所述的好氧微生物为选用解脂耶罗酵母。
好氧发酵培养基的组成成分包括：酵母抽提物1g/L、硫酸镁1g/L、硫酸铵20g/L、磷酸二氢钾3g/L、磷酸氢二钾3g/L、氯化铁0.01g/L、硫酸锰0.02g/L、硫酸锌0.02g/L、硫酸铜2mg/L、钼酸钠2mg/L。按照上述配方配制好氧发酵培养基，并进行高温灭菌：121℃下灭菌30分钟，这里可以采用棕榈废料气化过程中产生的热量作为高温灭菌的热源。
好氧微生物的接种浓度为好氧发酵培养基体积的5％。好氧发酵期间发酵液的发酵温度为28℃。好氧发酵期间搅拌设备的初始搅拌转速为200rpm，初始空气通气量为1.0vvm，好氧发酵期间通过通气量和搅拌发酵液配合使发酵液中的溶解氧为20％～60％；好氧发酵培养周期为72小时。好氧发酵期间的发酵液的pH值为7.5。
发酵完成后进行细胞干重测定：将发酵液称重后，以4000rpm的转速离心5分钟，所得沉淀加水洗一次，再以4000rpm的转速离心5分钟，所得沉淀在80℃过滤烘干后称重，测得发酵液中细胞干重为8g/kg。这里可以采用棕榈废料气化过程中产生的热量作为烘干的热源。
在发酵过程中，一共使用棕榈废料为60g/kg，得到细胞干重为8g/kg。
实施例二
本实施例中所述的一种以棕榈废料为原料生产单细胞蛋白的方法，包括以下步骤：
(1)气化：利用气化锅炉对棕榈废料进行气化得到生物质气体，然后去除生物质气体中的杂质、H2S、焦油及除甲烷以外的其他碳氢化合物，使生物质气体中的杂质、H2S、焦油及其他碳氢化合物的体积浓度≤40ppm；并使生物质气体中的氧气含量≤10ppm。净化处理后的生物质气体的各组成成分及占比参见表1所示。
表1.净化处理后的生物质气体各组分的摩尔体积占比
组分 含量
H<sub>2</sub> 44％～51％
CO<sub>2</sub> 18％～30％
N<sub>2</sub> 4.5％～6.5％
CH<sub>4</sub> 16％～23％
(2)厌氧发酵：表2给出了厌氧发酵培养基的配方，按照表2配方配制厌氧发酵培养基，并进行高温灭菌：121℃下灭菌30分钟，这里可以采用棕榈废料气化过程中产生的热量作为高温灭菌的热源。将厌氧发酵培养基填充于厌氧发酵罐内，然后将生物质气体通入厌氧发酵罐内、并在厌氧发酵培养基中接入厌氧微生物，在绝对厌氧环境中进行厌氧发酵、得到有机酸溶液。
表2.厌氧发酵培养基的配方
组分 含量
磷酸二氢钾(KH<sub>2</sub>PO<sub>4</sub>) 1g/L
磷酸氢二钾(K<sub>2</sub>HPO<sub>4</sub>) 3g/L
硫酸铵((NH<sub>4</sub>)<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>) 5g/L
硫酸镁(MgSO<sub>4</sub>·7H<sub>2</sub>O) 2g/L
2-(N-吗啡啉)乙磺酸(MES) 8g/L
0.2％刃天青 1mg/L
其中，厌氧发酵培养基的填充体积为厌氧发酵罐容积的80％。厌氧微生物的接种浓度为厌氧发酵培养基体积的10％。厌氧发酵期间发酵液的发酵温度为60℃。厌氧发酵期间发酵液的pH值为7.0。厌氧发酵期间的发酵液的ORP值(氧化还原电位)为-250～-200mV；厌氧发酵培养周期为72～168小时。
本实施例中厌氧微生物选用热醋穆尓氏菌，厌氧发酵后得到的有机酸溶液中的有机酸为乙酸。如图1所示为乙酸的产量随时间变化的变化曲线。
本实施例通过控制生物质气体通入厌氧发酵罐内的通入量、从而使有机酸溶液中的有机酸含量控制在1％～5％。
(3)好氧发酵：对有机酸溶液进行微孔膜过滤后，在有机酸溶液中接入好氧微生物；将接种有好氧微生物的有机酸溶液和好氧发酵培养基填充于好氧发酵罐内进行好氧发酵、得到单细胞蛋白产物。
好氧发酵罐选用5L容积的发酵罐时，通常好氧发酵培养基填充体积为2L左右，如1.8～2.2L，接种有好氧微生物的有机酸溶液的填充体积为1.5L左右,如1.4～2L。
本实施例中所述的好氧微生物为选用解脂耶罗酵母。
好氧发酵培养基的组成成分包括：酵母抽提物1g/L、硫酸镁1g/L、硫酸铵20g/L、磷酸二氢钾3g/L、磷酸氢二钾3g/L、氯化铁0.01g/L、硫酸锰0.02g/L、硫酸锌0.02g/L、硫酸铜2mg/L、钼酸钠2mg/L。按照上述配方配制好氧发酵培养基，并进行高温灭菌：121℃下灭菌30分钟，这里可以采用棕榈废料气化过程中产生的热量作为高温灭菌的热源。
好氧微生物的接种浓度为好氧发酵培养基体积的5％。好氧发酵期间发酵液的发酵温度为28℃。好氧发酵期间搅拌设备的初始搅拌转速为200rpm，初始空气通气量为1.0vvm，好氧发酵期间通过通气量和搅拌发酵液配合使发酵液中的溶解氧为20％～60％；好氧发酵培养周期为72小时。好氧发酵期间的发酵液的pH值为7.5。
发酵完成后进行细胞干重测定：将发酵液称重后，以4000rpm的转速离心5分钟，所得沉淀加水洗一次，再以4000rpm的转速离心5分钟，所得沉淀在80℃过滤烘干后称重，测得发酵液中细胞干重为8g/kg。这里可以采用棕榈废料气化过程中产生的热量作为烘干的热源。
在发酵过程中，一共使用棕榈废料为60g/kg，得到细胞干重为8.5g/kg。
实施例三
本实施例中所述的一种以棕榈废料为原料生产单细胞蛋白的方法，包括以下步骤：
(1)气化：利用气化锅炉对棕榈废料进行气化得到生物质气体，然后去除生物质气体中的杂质、H2S、焦油及除甲烷以外的其他碳氢化合物，使生物质气体中的杂质、H2S、焦油及其他碳氢化合物的体积浓度≤40ppm；并使生物质气体中的氧气含量≤10ppm。净化处理后的生物质气体的各组成成分及占比参见表1所示。
表1净化处理后的生物质气体各组分的摩尔体积占比
组分 含量
H<sub>2</sub> 44％～51％
CO 8.8％～18％
CO<sub>2</sub> 8.8％～18％
N<sub>2</sub> 4.5％～6.5％
CH<sub>4</sub> 16％～23％
(2)厌氧发酵：表2给出了厌氧发酵培养基的配方，按照表2配方配制厌氧发酵培养基，并进行高温灭菌：121℃下灭菌30分钟，这里可以采用棕榈废料气化过程中产生的热量作为高温灭菌的热源。将厌氧发酵培养基填充于厌氧发酵罐内，然后将生物质气体通入厌氧发酵罐内、并在厌氧发酵培养基中接入厌氧微生物，在绝对厌氧环境中进行厌氧发酵、得到有机酸溶液。
表2.厌氧发酵培养基的配方
组分 含量
磷酸二氢钾(KH<sub>2</sub>PO<sub>4</sub>) 3g/L
磷酸氢二钾(K<sub>2</sub>HPO<sub>4</sub>) 1g/L
硫酸铵((NH<sub>4</sub>)<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>) 10g/L
硫酸镁(MgSO<sub>4</sub>·7H<sub>2</sub>O) 3g/L
2-(N-吗啡啉)乙磺酸(MES) 15g/L
0.2％刃天青 2mg/L
其中，厌氧发酵培养基的填充体积为厌氧发酵罐容积的80％。厌氧微生物的接种浓度为厌氧发酵培养基体积的10％。厌氧发酵期间发酵液的发酵温度为60℃。厌氧发酵期间发酵液的pH值为7.0。厌氧发酵期间的发酵液的ORP值(氧化还原电位)为-250～-200mV；厌氧发酵培养周期为72～168小时。
本实施例中厌氧微生物选用热醋穆尓氏菌，厌氧发酵后得到的有机酸溶液中的有机酸为乙酸。如图1所示为乙酸的产量随时间变化的变化曲线。
本实施例通过控制生物质气体通入厌氧发酵罐内的通入量、从而使有机酸溶液中的有机酸含量控制在1％～5％。
(3)好氧发酵：对有机酸溶液进行微孔膜过滤后，在有机酸溶液中接入好氧微生物；将接种有好氧微生物的有机酸溶液和好氧发酵培养基填充于好氧发酵罐内进行好氧发酵、得到单细胞蛋白产物。
好氧发酵罐选用5L容积的发酵罐时，通常好氧发酵培养基填充体积为2L左右，如1.8～2.2L，接种有好氧微生物的有机酸溶液的填充体积为1.5L左右,如1.4～2L。
本实施例中所述的好氧微生物为选用解脂耶罗酵母。
好氧发酵培养基的组成成分包括：酵母抽提物2.5g/L、硫酸镁3g/L、硫酸铵5g/L、磷酸二氢钾5g/L、磷酸氢二钾2g/L、氯化铁0.02g/L、硫酸锰0.01g/L、硫酸锌0.01g/L、硫酸铜4mg/L、钼酸钠3mg/L。按照上述配方配制好氧发酵培养基，并进行高温灭菌：121℃下灭菌30分钟，这里可以采用棕榈废料气化过程中产生的热量作为高温灭菌的热源。
好氧微生物的接种浓度为好氧发酵培养基体积的5％。好氧发酵期间发酵液的发酵温度为28℃。好氧发酵期间搅拌设备的初始搅拌转速为200rpm，初始空气通气量为1.0vvm，好氧发酵期间通过通气量和搅拌发酵液配合使发酵液中的溶解氧为20％～60％；好氧发酵培养周期为72小时。好氧发酵期间的发酵液的pH值为7.5。
发酵完成后进行细胞干重测定：将发酵液称重后，以4000rpm的转速离心5分钟，所得沉淀加水洗一次，再以4000rpm的转速离心5分钟，所得沉淀在80℃过滤烘干后称重，测得发酵液中细胞干重为8g/kg。这里可以采用棕榈废料气化过程中产生的热量作为烘干的热源。
在发酵过程中，一共使用棕榈废料为60g/kg，得到细胞干重为7.5g/kg。
以上所述仅是本发明的较佳实施例，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明要求保护的范围。
本发明的优点是：①该方法以棕榈废料气化得到的生物质气体作为厌氧发酵的唯一碳源进行厌氧发酵，然后将厌氧发酵产物作为好氧发酵的底物进行好氧发酵得到单细胞蛋白产物，相比传统对棕榈废料进行燃烧或堆积处理的方式，大大减少环境污染、对环境友好；②该方法利用棕榈废料气化、连续两步发酵制取单细胞蛋白，不仅开拓了棕榈废料的应用领域，相比传统采用碳源为原料制备单细胞蛋白的方法，还大大降低了碳源成本；③棕榈废料气化过程中产生的热量可用于厌氧发酵和好氧发酵中的灭菌及干燥处理，将热能回用可以提高能量利用率，降低生产成本。

Claims (12)

1.一种以棕榈废料为原料生产单细胞蛋白的方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）气化：对棕榈废料进行气化得到生物质气体，然后去除生物质气体中的杂质、H2S、焦油及除甲烷以外的其他碳氢化合物，使生物质气体中的杂质、H2S、焦油及其他碳氢化合物的体积浓度≤40ppm；并使生物质气体中的氧气含量≤10ppm；
（2）厌氧发酵：将厌氧发酵培养基填充于厌氧发酵罐内，然后将生物质气体通入厌氧发酵罐内、并在厌氧发酵培养基中接入厌氧微生物，在绝对厌氧环境中进行厌氧发酵、得到有机酸溶液；
（3）好氧发酵：对有机酸溶液进行微孔膜过滤后，在有机酸溶液中接入好氧微生物；将接种有好氧微生物的有机酸溶液和好氧发酵培养基填充于好氧发酵罐内进行好氧发酵、得到单细胞蛋白产物。
2.根据权利要求1所述的一种以棕榈废料为原料生产单细胞蛋白的方法，其特征在于：步骤（1）中净化处理后的生物质气体的组成成分包括：H2和CO、或生物质气体的组成成分包括：H2和CO2、或生物质气体的组成成分包括：H2、CO2和CO；当生物质气体的组成成分包括：H2和CO时，H2和CO的摩尔体积比为（1.5～5.0）：1；当生物质气体的组成成分包括：H2和CO2时，H2和CO2的摩尔体积比为（1.5～5.0）：1；当生物质气体的组成成分包括：H2、CO2和CO时，H2、CO2和CO的摩尔体积比为（1.5～5.0）：0.5：0.5。
3.根据权利要求1所述的一种以棕榈废料为原料生产单细胞蛋白的方法，其特征在于：步骤（2）中所述的厌氧发酵培养基的组成成分包括：磷酸二氢钾1～3g/L和/或磷酸氢二钾1～3g/L、硫酸铵2～10g/L、硫酸镁0.5～3g/L、2-(N-吗啡啉)乙磺酸8～15g/L、0.2%刃天青0.5～2mg/L。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种以棕榈废料为原料生产单细胞蛋白的方法，其特征在于：步骤（2）中所述的厌氧微生物为酵醋酸菌、杆菌、索状芽孢杆菌、伍氏醋酸杆菌、粘液真杆菌、大肠杆菌、消化链球菌、热醋穆尓氏菌中的一种或多种。
5.根据权利要求1、2或3所述的一种以棕榈废料为原料生产单细胞蛋白的方法，其特征在于：步骤（2）中厌氧发酵培养基的填充体积为厌氧发酵罐容积的80%±5%；厌氧微生物的接种浓度为厌氧发酵培养基体积的5%～20%；厌氧发酵期间发酵液的发酵温度为30～65℃；厌氧发酵期间发酵液的pH值为6.5～8.0；ORP值为-250～-200mV；厌氧发酵培养周期为72～168小时。
6.根据权利要求1所述的一种以棕榈废料为原料生产单细胞蛋白的方法，其特征在于：步骤（2）中厌氧发酵后得到的有机酸溶液中的有机酸为甲酸、乙酸、丙酸、乳酸、丁酸中的一种或多种。
7.根据权利要求1或6所述的一种以棕榈废料为原料生产单细胞蛋白的方法，其特征在于：步骤（2）中通过控制生物质气体通入厌氧发酵罐内的通入量、从而使有机酸溶液中的有机酸含量控制在1%～5%。
8.根据权利要求1所述的一种以棕榈废料为原料生产单细胞蛋白的方法，其特征在于：步骤（3）中所述的好氧微生物为酵母、微藻中的一种或多种。
9.根据权利要求8所述的一种以棕榈废料为原料生产单细胞蛋白的方法，其特征在于：所述的酵母包括：产朊假丝酵母、热带假丝酵母、园拟酵母、球拟酵母、毕赤酵母、酿酒酵母、解脂耶罗酵母、产油油酯酵母中的一种或多种；所述的微藻包括：沼泽红假单胞菌、类球红假单胞菌、嗜酸红假单胞菌、荚膜红假单胞菌、红螺菌中的一种或多种。
10.根据权利要求1所述的一种以棕榈废料为原料生产单细胞蛋白的方法，其特征在于：步骤（3）中所述的好氧发酵培养基的组成成分包括：酵母抽提物0.5～2.5g/L、硫酸镁1～3g/L、硫酸铵5～20g/L、磷酸二氢钾2～5g/L和/或磷酸氢二钾2～5g/L、氯化铁0.01～0.02g/L、硫酸锰0.01～0.02g/L、硫酸锌0.01～0.02g/L、硫酸铜2～4mg/L、钼酸钠2～4mg/L。
11.根据权利要求1或10所述的以棕榈废油为原料生产单细胞蛋白的发酵方法，其特征在于：步骤（3）中好氧微生物的接种浓度为好氧发酵培养基体积的1%～10%；好氧发酵期间发酵液的发酵温度为25～35℃；好氧发酵期间的空气通气量为0.5～2.5vvm；好氧发酵期间通过通气量和搅拌发酵液配合使发酵液中的溶解氧为20%～60%；好氧发酵期间的发酵液的pH值为7.2～8.0；好氧发酵培养周期为24～96小时。
12.根据权利要求1所述的一种以棕榈废料为原料生产单细胞蛋白的方法，其特征在于：棕榈废料气化过程中产生的热量用于厌氧发酵和好氧发酵中的灭菌及干燥处理。
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