[發明專利]測定餐廚垃圾乙醇預發酵-厭氧發酵過程中碳流分布方法

有效

• 申請號: 201710999166.2
• 申請日: 2017-10-23
• 公開（公告）號: CN107884487B
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 高明;鄒惠;于淼;任媛媛;汪群慧
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: G01N30/02
• 分類號: G01N30/02;G01N30/06
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

本發明一種測定餐廚垃圾乙醇預發酵?厭氧發酵過程中碳流分布的方法，該方法采用了基于液相色譜?串聯質譜儀和氣相色譜?串聯質譜儀的方法來測定厭氧消化過程中標記性產區的含量，結果準確，靈敏度高。所述乙醇預發酵?厭氧發酵過程為：添加¹³C?葡萄糖（取代餐廚垃圾中30%還原糖）的餐廚垃圾經過12 h的乙醇預發酵后，添加活化污泥（VS底物/VS污泥＝１）在35℃下厭氧發酵，在厭氧發酵0 h，24 h，360 h時分別取氣樣和液樣。本發明的有益效果是該方法在餐廚垃圾中引入標記性底物方法，既簡化分析過程，又描述復雜底物厭氧發酵過程的碳流分布，為厭氧發酵過程理論研究提供了一個很好的工具。

技術領域

本發明公開了一種測定餐廚垃圾乙醇預發酵-厭氧發酵過程中碳流分布的方法，具體來說是涉及一種基于GC/LC-MS測定餐廚垃圾乙醇預發酵-厭氧發酵過程中碳流分布的測定方法。

背景技術

餐廚垃圾是城市垃圾的主要組成部分，主要來自餐飲業和大型公共食堂的食物殘余、城市居民家庭的廚余垃圾及蔬菜水果等食品加工業及市場產生的食品垃圾。據統計，全世界每年產生13億噸的餐廚垃圾，在中國每年將近產生6000萬噸的垃圾，安全處置餐廚垃圾已然變成政府部門非常關注的問題。近年來利用餐廚垃圾進行厭氧發酵成為了研究熱點，但由于餐廚垃圾中含有大量的碳水化合物，在厭氧發酵過程中極易酸化，鑒于此，公開號為CN103667101A的專利指出在餐廚垃圾酸化階段接種酵母菌進行乙醇預發酵，可緩解厭氧發酵體系的酸化問題，且乙醇可逐漸轉化為易被甲烷菌利用的乙酸，從而提高甲烷產量，使餐廚垃圾干式厭氧發酵穩定運行，但此過程依然存在很多亟待解決的技術瓶頸和機理問題：如乙醇預發酵如何提高甲烷產量；此過程中酵母菌，產甲烷菌，水解菌種群演替、結構和相互關系及重要功能基因的開發利用等。

為進一步明確乙醇預發酵提高厭氧消化過程甲烷產量的機理機制，傳統的方法主要采用化學計量手段或分子生物學手段，但前者僅能針對化學組成變化明確的過程進行物料衡算和熱量衡算，后者可以定量分析過程中微生物種類和數量的變化，但不能分析過程中碳源轉變過程，而同位素分析法可以精確和定量分析過程參數變化，還可以實時描述過程中碳流量變化。餐廚垃圾接種污泥進行厭氧發酵的體系十分復雜，涉及多種化學反應，因此采用碳同位素標記可以區別原本底物中存在的碳源物質，這樣既簡化代謝分析過程，又能描述此復雜底物厭氧消化過程的碳流向，是一個方便、有效的示蹤辦法。

液相色譜-串聯質譜法、氣相色譜-串聯質譜法是近年來發展起來的一種色譜/質譜聯用技術。兩種方法不僅具有樣品前處理簡單、操作方便、清潔實驗等優勢，且質譜分析可以定量分析標記性物質含量，已廣泛用于土壤，食品，醫療等領域。為此，本論文創新采用GC-MS和LC-MS聯合分析方法測定餐廚垃圾乙醇預發酵-厭氧發酵過程中碳流分布，以期為厭氧發酵理論研究提供一種可靠有效的方法。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供了一種測定餐廚垃圾乙醇預發酵-厭氧發酵過程中碳流分布的方法，該方法能夠定量分析乙醇預發酵-甲烷發酵過程的碳流分布，為闡明厭氧發酵過程機理研究提供了一有效的分析方法；而且該方法前處理簡單、操作簡單。

為了解決上述技術問題，本發明提供了測定餐廚垃圾乙醇預發酵-厭氧發酵過程中碳流分布的方法，具體步驟為：1)餐廚垃圾底物中添加¹³C-葡萄糖，按照0.5％～2.5％(w/v)比例接種活化酵母菌，進行6h-24h的餐廚垃圾乙醇預發酵；2)預發酵后在密封環境下接種活性污泥(VS_污泥/VS_底物＝1-2)，于33℃～37℃下進行厭氧發酵；3)通過控制三通管的開關定時收集發酵體系中氣體樣品和液體樣品；4)采用氣相色譜-質譜聯用儀(GC-MS)測定帶有標記性的VFAs，乙醇，甲烷和二氧化碳；5)采用液相色譜-質譜聯用儀(LC-MS)測定帶有標記性的葡萄糖，乳酸；6)通過外標法核定不同時間下的產物產量，定量分析碳流分布。