本發(fā)明涉及生物化工生產(chǎn)的，進一步地說，是涉及一種木質(zhì)纖維素聯(lián)產(chǎn)有機酸和木質(zhì)素的方法。

背景技術(shù)：

1、木質(zhì)纖維素主要由木質(zhì)素、半纖維素和纖維素組成的，木質(zhì)纖維素廣泛存在于植物的莖、葉、果皮中。目前，人們利用木質(zhì)纖維素分離木質(zhì)素、半纖維素和纖維素；同時，將這些聚合物轉(zhuǎn)化成其他可利用的中間體原料。例如，通過水解、發(fā)酵等方式將木質(zhì)纖維素轉(zhuǎn)換為重要的工業(yè)原料乙醇、聚羥基脂肪酸酯、有機酸等。

2、有機酸可通過酶催化發(fā)酵、微生物發(fā)酵法等方式獲得。近年來，人們已經(jīng)利用木質(zhì)纖維素為原料制備了多種有機酸。例如，專利cn114032257a提供了一種木質(zhì)纖維素原料聯(lián)產(chǎn)乳酸、木糖醇和木質(zhì)素的方法，此方法在是先將纖維素酶解成葡萄糖后，再將葡萄糖發(fā)酵得到乳酸，此方法中，大部分產(chǎn)酸原料被分離，不利于乳酸的產(chǎn)生。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決上述問題，本發(fā)明提供一種木質(zhì)纖維素聯(lián)產(chǎn)有機酸和木質(zhì)素的方法，反應(yīng)體系簡單，可高效分離木質(zhì)素，且通過簡單的工藝獲得多種有機酸。

2、本發(fā)明的目的在于提供一種木質(zhì)纖維素聯(lián)產(chǎn)有機酸和木質(zhì)素的方法，包括以下步驟：

3、步驟一、對木質(zhì)纖維素原料進行預處理，得到預處理物料；

4、步驟二、對步驟一的預處理物料進行產(chǎn)酸發(fā)酵，得到含有機酸混合物、木質(zhì)素的固液混合發(fā)酵液；

5、步驟三、對步驟二的含有機酸混合物、木質(zhì)素的固液混合發(fā)酵液進行固液分離，得到含有機酸混合物的液相和含木質(zhì)素的固相；

6、步驟四、對步驟三的含木質(zhì)素的固相進行木質(zhì)素提取，得到木質(zhì)素。

7、優(yōu)選地，本發(fā)明中的木質(zhì)素纖維素原料來自于玉米秸稈、稻秸稈、麥秸稈、蘆葦、玉米芯和豆秸中的一種或幾種。

8、優(yōu)選地，在步驟一中，對木質(zhì)纖維素原料進行預處理的方法為：木質(zhì)纖維素原料粉碎除雜后，進行酸法處理、堿法處理、蒸汽爆破處理后，得到預處理物料。

9、優(yōu)選地，木質(zhì)纖維素原料粉碎除雜采用粉碎除雜成套設(shè)備，包含粗粉碎、除雜除鐵、細粉碎以及除塵工段處理。

10、優(yōu)選地，在步驟二中，對預處理物料直接進行產(chǎn)酸發(fā)酵，產(chǎn)酸發(fā)酵的條件為：

11、在厭氧條件下進行批次發(fā)酵、半連續(xù)發(fā)酵或連續(xù)發(fā)酵；產(chǎn)酸發(fā)酵的ph＝5～10；優(yōu)選ph＝5～7；產(chǎn)酸發(fā)酵的溫度為35～55℃；優(yōu)選為37～53℃；c/n比為30～60；優(yōu)選為30～40；固含量為2.5～15％；優(yōu)選為2.5～10％；發(fā)酵時間為2～50天；優(yōu)選為7～21天。

12、值得一提的是，在本發(fā)明中，預處理物料中的主要組分包括纖維素、木糖以及木質(zhì)素。

13、優(yōu)選地，氮源來自于nh4cl、玉米漿、污泥、硝酸鉀、尿素中的一種或組合。

14、優(yōu)選地，本發(fā)明產(chǎn)酸發(fā)酵采用的是產(chǎn)酸微生物菌群；優(yōu)選采用的是專利申請(申請?zhí)?023113103664)提供的方法富集的厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸微生物群落。

15、具體地，厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸微生物群落的富集方法包括f1階段～f3階段，即反應(yīng)器在整個運行過程可分為f1、f2和f3階段，三個階段中逐漸提升秸稈的有機負荷，直至在f3階段穩(wěn)定運行。其中，f1階段為反應(yīng)器啟動階段，固含量和負荷較低。提升固含量和負荷進入f2階段，f2產(chǎn)酸穩(wěn)定后，提高物料中秸稈比例，提高了c/n比，進入f3階段，使菌群適應(yīng)高c/n比秸稈物料。

16、具體地如下：

17、f1階段：

18、f1階段的運行時間為80～120天，優(yōu)選為100～110天；

19、將接種源加入反應(yīng)器，通入氮氣排出空氣后封閉反應(yīng)器；啟動反應(yīng)器后兩天不進出料，之后在0.4～0.6g?vts/l/d有機負荷條件下供給底物；其中，底物的ts值為4.8～5.4％；vts值為4.0～4.4％；c/n比值為18～22；可每兩天進出料一次，反應(yīng)器的水力停留時間為90～110天；可每四天監(jiān)測一次反應(yīng)器理化參數(shù)。

20、具體地，關(guān)于接種源：

21、本發(fā)明采用的接種源的固含量≤5％。

22、進一步地，為了抑制產(chǎn)甲烷菌活性，優(yōu)選對接種源進行預處理，所述預處理方法為：將接種源在75～85℃熱處理0.5～1.2小時，并添加終濃度為4～6mm的甲烷抑制劑。優(yōu)選地，甲烷抑制劑為2-溴乙烷磺酸(2-bromoethanosulfophate，bes)。

23、進一步地，接種源可包含不同來源的接種物；具體地，不同來源的接種物可選自糧食糖廠厭氧消化污泥、餐廚垃圾厭氧消化污泥、纖維素厭氧消化污泥、葡萄糖厭氧消化污泥、水果廢棄物厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸反應(yīng)器污泥的混合物。其中，纖維素厭氧消化污泥優(yōu)選為纖維素高溫厭氧消化污泥或纖維素中溫厭氧消化污泥；葡萄糖厭氧消化污泥優(yōu)選為葡萄糖高溫厭氧消化污泥或葡萄糖中溫厭氧消化污泥。具體可根據(jù)不同的反應(yīng)溫度選擇適宜的污泥類型。

24、更進一步地，接種源包含將不同來源的接種物根據(jù)總固體濃度(total?solids，ts)進行混合而得，每種污泥根據(jù)總固體濃度(total?solids，ts)占比10％以上，更優(yōu)選根據(jù)總固體濃度(total?solids，ts)將多種不同來源的接種污泥等比例混合。

25、具體操作中，可將接種源用攪拌機破碎后過濾(例如用2-3層紗布過濾)，保證反應(yīng)器啟動污泥固含量在5％以下。

26、具體地，關(guān)于底物：

27、本發(fā)明采用的底物為包含秸稈、餐廚垃圾和氮源底物的混合物；在f1階段中優(yōu)選底物中秸稈、餐廚垃圾和氮源底物的vts比例為(0.8～1.2)：(0.8～1.2)：(0.8～1.2)。

28、進一步地，源底物可為本領(lǐng)域常規(guī)使用的底物，具體可使用污水廠剩余污泥；目前我國城市污水處理廠采用活性污泥法處理污水過程中會產(chǎn)生大量剩余污泥，而目前對污泥處理工藝還不成熟，采用污水廠剩余污泥作為氮源底物可以對污泥進行再利用，環(huán)保且節(jié)約成本。

29、進一步地，秸稈可選自玉米秸稈、稻秸稈、麥秸稈、蘆葦或豆秸中的至少一種或多種的組合。

30、更進一步地，秸稈可為蒸汽爆破秸稈，蒸汽爆破秸稈可采用本領(lǐng)域常規(guī)蒸汽爆破處理的秸稈，也可按照以下方法進行制備：在密閉容器中加入秸稈物料與水，維持一段時間(可以是幾分鐘)，然后突然降壓，對秸稈物料進行蒸汽爆破，使得半纖維素和木質(zhì)素連接層破壞，使纖維素露出更多的活性基團，更利于降解。

31、進一步地，餐廚垃圾可為通常的餐廚垃圾，也可自制，例如將包含水果、蔬菜、谷物粉碎后等濕重混合。

32、優(yōu)選地，底物可在低溫(例如4℃)保存，使用時將其稀釋至目標固含量。

33、具體地，關(guān)于反應(yīng)器：

34、本發(fā)明采用的反應(yīng)器可為高溫反應(yīng)器或中溫反應(yīng)器?？蛇x擇本領(lǐng)域常規(guī)的反應(yīng)器，例如常規(guī)的機械攪拌罐等裝置。反應(yīng)器的攪拌速度可為0～150ppm，使物料混合均勻即可。

35、優(yōu)選地，反應(yīng)器的ph值為5.5～6.0；高溫反應(yīng)器的工作溫度為50～55℃；中溫反應(yīng)器的工作溫度為35～40℃。

36、更進一步地，當反應(yīng)器為高溫反應(yīng)器時，纖維素厭氧消化污泥可選自纖維素高溫厭氧消化污泥，葡萄糖厭氧消化污泥可選自葡萄糖高溫厭氧消化污泥。

37、更進一步地，當反應(yīng)器為中溫反應(yīng)器時，纖維素厭氧消化污泥可選自纖維素中溫厭氧消化污泥，葡萄糖厭氧消化污泥可選自葡萄糖中溫厭氧消化污泥。

38、在具體實踐中，可以構(gòu)建半連續(xù)全混流厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸反應(yīng)器體系，可使用高溫反應(yīng)器或者中溫反應(yīng)器，以分別富集高溫的菌群和中溫的菌群。

39、f2階段：

40、f2階段的運行時間為50～100天，優(yōu)選為75～90天；反應(yīng)器ph值為5.5～6.0；將進料固含量調(diào)整為8～12％，有機負荷提升為0.8～1.2g?vts/l/d下供給底物，底物ts為9.8～10.5％，底物vts為8.0～8.5％，底物中秸稈、餐廚垃圾和污泥的vts比例為(0.8～1.2)：(0.8～1.2)：(0.8～1.2)；底物c/n比為18～22；可每兩天進出料一次；反應(yīng)器的水力停留時間可為90～110天；持續(xù)運行至穩(wěn)定。

41、f3階段：

42、f3階段的運行時間為120～200天，優(yōu)選為165～185天；反應(yīng)器ph值為5.5～6.0；該階段保持進料固含量不變(該階段保持進料固含量為8～12％)，將有機負荷提升至1.8～2.2g?vts/l/d下供給底物，水力停留時間調(diào)整至45～55天，并且將進料中秸稈、餐廚垃圾和污泥的vts比例從(0.8～1.2)：(0.8～1.2)：(0.8～1.2)改變?yōu)?2.8～3.2)：(1.8～2.2)：(0.8～1.2)，底物c/n比從18～22升至38～42；底物ts為9.5～10％，底物vts為8.0～8.6％；可每兩天進出料一次；持續(xù)運行至穩(wěn)定；收集f3階段穩(wěn)定運行期間反應(yīng)器中的微生物菌群。

43、值得一提的是，收集f3階段穩(wěn)定運行期間反應(yīng)器的微生物菌群，具體方法為取發(fā)酵液，在4℃離心10分鐘，去除上清液，沉淀部分即為菌群。富集的菌群用于本發(fā)明預處理物料的產(chǎn)酸發(fā)酵。

44、進一步地，預處理物料產(chǎn)酸發(fā)酵后，得到含有機酸混合物的液相和含木質(zhì)素的固相，為了將固液分離，可采用板框過濾或離心分離的方式將固液混合液分離成含含有機酸的液相和含木質(zhì)素的固相。

45、優(yōu)選地，在步驟四中，采用堿溶酸析法的方法提取木質(zhì)素。具體地，堿溶酸析包括以下步驟：

46、(1)堿溶：采用堿溶液溶解木質(zhì)素的固相，得到含木質(zhì)素堿溶液；

47、(2)固液分離：木質(zhì)素堿溶液進行離心分離得到含有木質(zhì)素的溶液；

48、(3)酸析：加入酸使木質(zhì)素析出，固液分離得到濕木質(zhì)素；

49、(4)水洗：對濕木質(zhì)素進行水洗，離心分離得到水洗后濕木質(zhì)素；

50、(5)干燥：對水洗的濕木質(zhì)素進行干燥得到木質(zhì)素。

51、優(yōu)選地，預處理物料進行產(chǎn)酸發(fā)酵后，得到含有機酸混合物的發(fā)酵液，其中，發(fā)酵液中的有機酸為乳酸、乙酸、丙酸、丁酸、異丁酸、戊酸、異戊酸中的多種組合。

52、相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明提供一種利用木質(zhì)纖維素為原料替代糧原料聯(lián)產(chǎn)混合有機酸和木質(zhì)素，可通過控制產(chǎn)酸發(fā)酵條件，以調(diào)節(jié)混合有機酸中酸的組成及含量，木質(zhì)纖維素為原料預處理后無需酶解，成本低。