CN116694692A - 一种用瘤胃液发酵玉米秸秆制备挥发性脂肪酸的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用瘤胃液发酵玉米秸秆制备挥发性脂肪酸的方法，包括以下步骤，步骤一，将玉米秸秆自然晾干，然后将玉米秸秆进行粉碎处理，得秸秆粉；步骤二，采集瘤胃液，将瘤胃液过滤，过滤后放至保温箱中；步骤三，在反应容器中加入一定比例的秸秆粉和瘤胃液，然后放至恒温振荡器中发酵一段时间，发酵结束后，进行离心处理，然后过滤上清液，得含挥发性脂肪酸的溶液；本发明提供了一种在不添加任何化学试剂条件下，结合机械粉碎预处理，利用天然瘤胃微生物将生物质秸秆高效转化为挥发性脂肪酸的方法，最高产量可达9508mg/L；本发明的工艺操作简单、发酵条件易于控制、经济成本低廉，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及秸秆废弃物高值利用领域，具体涉及一种用瘤胃液发酵玉米秸秆制备挥发性脂肪酸的方法。
背景技术
农业生物质秸秆是可再生燃料、化学品和可再生能源生产的重要原料之一，由于秸秆主要的组成成分纤维素、半纤维素和木质素胶连缠绕在一起，形成坚固的结构，并具有抗降解特性，目前生物质秸秆的转化利用目前仍面临转化效率低和成本高的问题，探究建立绿色、高效、经济的秸秆转化工艺方法是重要的解决途径。
目前生物质秸秆转化的途径包括物理、化学等多种方法，但存在耗能高、污染多的问题。生物法用于转化利用秸秆，具有副产物多样和无污染的特点，而常规生物法又存在因菌种活性低导致发酵效率低、高值产品产量低的缺点。反刍动物瘤胃发酵系统是自然界高效的发酵系统，且拥有丰富的天然发酵微生物菌群，对瘤胃发酵系统进行模拟和利用降解生物质秸秆，可以有效降低秸秆酶解转化成本，提高经济可行性，对我国农业绿色发展和环境保护均具有重要的实际意义和工程技术利用价值，因此提供一种利用仿瘤胃发酵降解秸秆并进行高值利用的方法成为一种亟待解决的问题。
发明内容
基于此，本发明通过对秸秆转化预处理和反刍动物瘤胃发酵的现有技术进行了深入研究，提出了一种可无需任何化学试剂，即可实现挥发性脂肪酸高效生产的方案，具体地，本发明通过机械粉碎对玉米秸秆的处理，利用仿瘤胃发酵实现挥发性脂肪酸的高效生产，具体包括以下步骤，
步骤一，将玉米秸秆自然晾干，然后将玉米秸秆进行粉碎处理，得秸秆粉；
优选的，将玉米秸秆放入粉碎机中粉碎，然后过30-50目筛，得秸秆粗粉；
更优选的，将秸秆粗粉与氧化锆球按体积比2:1混合，放入纳米冲击磨中球磨10-60min，得秸秆细粉；
步骤二，采集瘤胃液，将瘤胃液过滤，过滤后放至保温箱中；
优选的，所述瘤胃液为晨饲前瘤胃液或晨饲后瘤胃液；
优选的，晨饲前1-2小时，晨饲后6-48小时采集瘤胃液；
优选的，用四层纱布过滤瘤胃液；
优选的，保温温度为39℃；
此处需要注意的是，瘤胃液需要在6h内使用；
步骤三，在反应容器中加入一定比例的秸秆粉和瘤胃液，然后放至恒温振荡器中发酵一段时间，发酵结束后，进行离心处理，然后过滤上清液，得含挥发性脂肪酸的溶液。
优选的，秸秆粉和瘤胃液的固液比(g/ml)为5-10％；
优选的，发酵温度39℃，转速150-200rpm，发酵时间90-150h；
优选的，所述离心处理为，用离心机在8000rpm的条件下离心5min；
本发明所述挥发性脂肪酸为乙酸、丙酸、丁酸。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明本提供了一种在不添加任何化学试剂条件下，结合机械粉碎预处理，利用天然瘤胃微生物将生物质秸秆高效转化为挥发性脂肪酸的方法，最高产量可达9508mg/L。
(2)可为可降解生物材料聚羟基脂肪酸酯的生产提供原料，进一步提高利用效益；
(3)本发明的工艺操作简单、发酵条件易于控制、经济成本低廉，具有良好的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为秸秆粗粉与晨饲前瘤胃液发酵产酸趋势图；
图2为秸秆细粉与晨饲前瘤胃液发酵产酸趋势图；
图3为秸秆粗粉与晨饲后瘤胃液发酵产酸趋势图；
图4为秸秆细粉与晨饲后瘤胃液发酵产酸趋势图；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下实施例与试验例的玉米秸秆做以下处理，将玉米秸秆自然晾干，然后放入粉碎机中粉碎，粉碎后过40目筛，得秸秆粗粉；将粗品与氧化锆球混合按体积比2:1混合，放入纳米冲击磨中球磨30min，得秸秆细粉；
实施例1
采集晨饲前1h的瘤胃液，将瘤胃液用四层纱布过滤，过滤后放至39℃保温箱中；
称取5g秸秆粗粉置于150ml锥形瓶中，再加入100ml晨饲前瘤胃液，将锥形瓶用保鲜膜密封后放至在温度为39℃，转速为150rpm的恒温振荡器中发酵120h，发酵结束后，用离心机在8000rpm条件下离心5min，使固液分离，上清液用0.22μm的滤膜过滤，得含挥发性脂肪酸的溶液。
试验例1
本试验例在实施例1发酵过程中分别于发酵4h、12h、24h、48h、72h、96h、120h时取部分发酵液，用气相色谱法测试在不同发酵时间的情况下挥发性脂肪酸含量，VFAs的测试条件：火焰离子检测器(FID)，DB-1毛细管柱，进样器和检测器温度分别为230℃和250℃，结果如图1。
实施例2
与实施例1不同的是，本实施例称取5g秸秆细粉与100ml晨饲前1h瘤胃液混合发酵。
试验例2
本试验例在实施例2发酵过程中分别于发酵4h、12h、24h、48h、72h、96h、120h时取部分发酵液，用气相色谱法测试在不同发酵时间的情况下挥发性脂肪酸含量，VFAs的测试条件：火焰离子检测器(FID)，DB-1毛细管柱，进样器和检测器温度分别为230℃和250℃，结果如图2。
实施例3
与实施例1不同的是，本实施例采集晨饲后6小时瘤胃液与5g秸秆粗粉混合发酵。
试验例3
本试验例在实施例3发酵过程中分别于发酵4h、12h、24h、48h、72h、96h、120h时取部分发酵液，用气相色谱法测试在不同发酵时间的情况下挥发性脂肪酸含量，VFAs的测试条件：火焰离子检测器(FID)，DB-1毛细管柱，进样器和检测器温度分别为230℃和250℃，结果如图3。
实施例4
与实施例1不同的是，本实施例将晨饲后6小时的瘤胃液与5g秸秆细粉混合发酵。
试验例4
本试验例在实施例4发酵过程中分别于发酵4h、12h、24h、48h、72h、96h、120h时取部分发酵液，用气相色谱法测试在不同发酵时间的情况下挥发性脂肪酸含量，VFAs的测试条件：火焰离子检测器(FID)，DB-1毛细管柱，进样器和检测器温度分别为230℃和250℃，结果如图4。
根据图1-2可知，对于晨饲前的瘤胃液，在发酵时间为100h之内，秸秆粗粉与秸秆细粉对挥发性脂肪酸的产量几乎没有影响，在发酵时间为100-120之间时，秸秆细粉更有利于提高挥发性脂肪酸的产量；根据图3-4可知，对于晨饲后的瘤胃液，秸秆粗粉相比于秸秆细粉而言，可以大幅提高挥发性脂肪酸的产量；根据图1-4可知，晨饲前瘤胃液与秸秆粉混合发酵的挥发性脂肪酸的产量要远远高于晨饲后瘤胃液与秸秆粉混合发酵的挥发性脂肪酸的产量。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种用瘤胃液发酵玉米秸秆制备挥发性脂肪酸的方法，其特征在于，包括以下步骤，
步骤一，将玉米秸秆自然晾干，然后将玉米秸秆进行粉碎处理，得秸秆粉；
步骤二，采集瘤胃液，将瘤胃液过滤，过滤后放至保温箱中；
步骤三，在反应容器中加入一定比例的秸秆粉和瘤胃液，然后放至恒温振荡器中发酵一段时间，发酵结束后，进行离心处理，然后过滤上清液，得含挥发性脂肪酸的溶液。
2.根据权利要求1所述的一种用瘤胃液发酵玉米秸秆制备挥发性脂肪酸的方法，其特征在于，步骤一中，所述粉碎处理为，将玉米秸秆放入粉碎机中粉碎，然后过30-50目筛，得秸秆粗粉。
3.根据权利要求2所述的一种用瘤胃液发酵玉米秸秆制备挥发性脂肪酸的方法，其特征在于，所述粉碎处理还包括，将秸秆粗粉与氧化锆球按体积比2:1混合，放入纳米冲击磨中球磨10-60min，得秸秆细粉。
4.根据权利要求1所述的一种用瘤胃液发酵玉米秸秆制备挥发性脂肪酸的方法，其特征在于，步骤二中，所述瘤胃液为晨饲前瘤胃液或晨饲后瘤胃液。
5.根据权利要求4所述的一种用瘤胃液发酵玉米秸秆制备挥发性脂肪酸的方法，其特征在于，晨饲前1-2h，晨饲后6-48h采集瘤胃液。
6.根据权利要求1所述的一种用瘤胃液发酵玉米秸秆制备挥发性脂肪酸的方法，其特征在于，步骤二中，保温温度为39℃。
7.根据权利要求1所述的一种用瘤胃液发酵玉米秸秆制备挥发性脂肪酸的方法，其特征在于，步骤三中，秸秆粉和瘤胃液的固液比为5％-10％(g/ml)。
8.根据权利要求1所述的一种用瘤胃液发酵玉米秸秆制备挥发性脂肪酸的方法，其特征在于，步骤三中，发酵温度39℃，转速150-200rpm，发酵时间90-150h。
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