技术领域
本发明属于废弃物资源化利用领域，特别涉及一种利用果渣和餐厨废弃物混合发酵生产丁醇的方法。
背景技术
我国是世界上水果生产大国，水果总产量居世界首位，并且随着我国果业迅猛发展，水果产量大幅上升，对加工业提出了迫切的要求。而随着水果加工量的增大，每年产生大量的水果果渣，长期以来未得到有效利用，不仅造成资源的巨大浪费，同时也严重污染环境，因此开发利用果渣资源是当前水果加工业的一项战略任务。
国外利用果渣做饲料已取得了显著的成效，如美国、加拿大等国家已经将苹果渣、葡萄渣和柑橘渣作为猪、鸡、牛的标准饲料成分列入国家颁发的饲料成分表中。但我国的果渣尚未得到很好的利用，目前除少量的苹果渣被用作饲料外，主要的处理方式仍是堆积和填埋。
随着我国经济的增长，餐饮业得到了迅猛的发展，餐厨废弃物产生量巨大。据统计，目前全国一天产生餐厨废弃物约3000万吨。由于大部分城市餐厨废弃物的管理无序、任意处置等，其中70%被用来喂养“泔水猪”，还有一些废弃油脂成为非法炼制“地沟油”的原料，剩下的部分被一扔了之，已成为垃圾收集、运输、填埋的主要污染源。
现在餐厨废弃物处理方式主要是填埋、焚烧等。目前，以循环经济的模式走可持续发展之路已形成全球共识，资源化利用是餐厨废弃物处理方式的发展方向。
丁醇是一种重要的溶剂，也是涂料、塑料和橡胶等产品的主要原料。近年来，丁醇还被认为是一种极具潜力的新型生物燃料。传统的丁醇发酵底物为玉米和小麦，生产成本较高。随着我国近年来对能源需求的加剧，继续采用大量粮食发酵生产丁醇势必会造成粮食危机。尽管目前世界各国都在积极开展木质纤维素替代淀粉发酵的研究，然而木质纤维素水解液含糖量低以及预处理过程中产生的抑制物严重影响了正常的菌种发酵。相比之下，采用非粮淀粉或糖类原料发酵生产丁醇更具有经济可行性。
将废弃的果渣和餐厨废弃物混合起来发酵生产丁醇，比二者单独发酵产出的丁醇浓度高，二者混合发酵有效地解决了丁醇发酵造成粮食危机，同时解决了有机废弃污染环境的问题。
果渣和餐厨废弃物均是极难处理的有机废弃物，也是一块巨大的资源，如果能充分利用，会是一笔巨大的财富。
发明内容
为提高果渣和餐厨废弃物的资源化利用问题，本发明提供一种利用果渣和餐厨废弃物混合进行微生物发酵生产生物丁醇的方法，旨在利用低价原料获得一种稳定的生物丁醇的生产方法，满足生物丁醇在能源、化工等领域的应用需求。将餐厨废弃物与果渣共同发酵，提高了丁醇浓度。
本发明解决技术问题，采用如下技术方案：
一种利用果渣和餐厨废弃物混合发酵生产丁醇的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）果渣的预处理：首先将果渣烘干破碎成粉末状，然后将果渣和水混合后煮沸30-90min，再按比例加入纤维素酶，每克果渣添加纤维素酶 25-55U，在50-65℃下进行酶解12-48h，得到水解葡萄糖含量为5-25g/L的果渣酶解悬浮液；
（2）餐厨废弃物的预处理：先剔除不可生物降解的杂质，然后将餐厨废弃物粉碎，在加水将其稀释至一定的浓度，50-60℃酶解2-4h，得到水解葡萄糖含量为20-40g/L的餐厨废弃物酶解悬浮液。每克餐厨废弃物中添加的酶为：淀粉酶6-10U、糖化酶50-200U、蛋白酶20-50U、纤维素酶20-50U；
（3）种子培养：将Clostridium acetobutylicum UM80菌种的甘油管活化培养36h，作为种液，活化培养基为5%-25%的玉米醪培养基；
（4）发酵培养基的配制：将步骤（1）得到果渣酶解悬浮液和步骤（2）得到餐厨废弃物酶解悬浮液按照一定质量比混合，得到混合酶解悬浮液即为发酵培养基；
（5）发酵培养：将步骤（3）获得的种液按8-12%的接种量转接到步骤（4）制得的发酵培养基中，在是室温下发酵一定时间，产生丁醇。
所述的利用果渣和餐厨废弃物混合发酵生产丁醇的方法，其特征在于：所述的果渣选自苹果渣、柑橘渣、葡萄渣、梨渣、番茄渣、桑葚渣、蓝莓渣、沙棘渣中的一种或多种混合。
所述的利用果渣和餐厨废弃物混合发酵生产丁醇的方法，其特征在于：步骤（4）所述果渣酶解悬浮液与餐厨废弃物酶解悬浮液的体积比为（3-5)：1。
本发明的有益效果：
1.本发明工艺简单，成本低，采用果渣和餐厨废弃物为原料共同发酵，提高了丁醇浓度达到了玉米淀粉的发酵水平；
2.本发明为果渣和餐厨废弃物的有效利用开辟了一个新的途径，缓解了目前粮食发酵生物燃料中存在的“与人争粮，与粮争地”的难题；
3.本发明利用果渣和餐厨废弃物发酵丁醇，解决了果渣和餐厨废弃物的难处理问题；
4.本发明不仅为生物燃料丁醇的生产提供了新的原料，解决现有粮食淀粉发酵生产丁醇成本偏高的问题，也为果渣和餐厨废弃物综合利用和产业化发展开辟了新的方向。
附图说明：
图1为不同浓度的餐厨废弃物作为发酵培养基的最终溶剂产量；
图2为不同浓度的苹果渣作为发酵培养基的最终溶剂产量；
图3为不同配比的果渣和餐厨废弃物水解液作为丁醇发酵培养基时，最终发酵液中的溶剂产量。其中group1，2，3，4，5，6，分别指发酵培养基中餐厨废弃物酶解液与果渣苹果渣酶解液的比例分别为5：0；4：1；3：2；2：3；1：4；0：5，其中苹果渣酶解液水解葡萄糖浓度为20g/L，餐厨废弃物酶解液水解葡萄糖浓度为25g/L。
具体实施方式：
本发明所用菌株为丙酮丁醇梭状芽孢杆菌Clostridium acetobutylicumUM80，菌种以甘油管保存于-80℃冰箱内。
实施例1
一种利用果渣和餐厨废弃物混合发酵生产丁醇的方法，包括以下步骤：
（1）苹果渣的预处理：首先将苹果渣烘干破碎成粉末状，然后将苹果渣和水混合后煮沸60min，再按比例加入纤维素酶，每克果渣添加纤维素酶45U，55℃酶解36h，得到水解葡萄糖含量为20g/L苹果渣酶解悬浮液；
（2）餐厨废弃物的预处理：先剔除不可生物降解的杂质，然后将餐厨废弃物粉碎，在加水将其稀释，在55℃的条件下，复合酶解3h，得到水解葡萄糖含量为20g/L的餐厨废弃物酶解悬浮液，每克餐厨废弃物添加淀粉酶6-10U、糖化酶50-200U、蛋白酶20-50U、纤维素酶 20-50U；
（3）种子培养：将Clostridium acetobutylicum UM80菌种的甘油管活化培养36h，作为种液，活化培养基为20%的玉米醪培养基；
（4）发酵培养基的配制：将步骤（1）得到苹果渣酶解悬浮液和步骤（2）得到餐厨废弃物酶解悬浮液按照质量比为4：1混合，得到混合酶解悬浮液即为发酵培养基；
（5）发酵培养：将步骤（3）获得的种液按10%的接种量转接到步骤（4）制得的发酵培养基中，在室温下发酵100-120h，产生丁醇，对发酵液过滤后，测得滤液中丁醇浓度为8.5g/L，总溶剂浓度为19g/L。其中丁醇浓度比单独利用餐厨废弃物时提高了98%，比单独利用苹果渣时提高了31%。总溶剂浓度比单独利用餐厨废弃物时提高了160%，比单独利用苹果渣时提高了57%。
实施例2
一种利用梨渣和餐厨废弃物混合发酵生产丁醇的方法，包括以下步骤：
（1）梨渣的预处理：首先将梨渣烘干破碎成粉末状，然后将梨渣和水混合后煮沸50min，再按比例加入纤维素酶，每克果渣添加纤维素酶45U， 55℃酶解36h，得到得到水解葡萄糖含量为25g/L梨渣酶解悬浮液；
（2）餐厨废弃物的预处理：先剔除不可生物降解的杂质，然后将餐厨废弃物粉碎，在加水将其稀释，55℃复合酶解3h，得到水解葡萄糖含量为25g/L的餐厨废弃物酶解悬浮液。每克餐厨废弃物添加淀粉酶6-10U、糖化酶50-200U、蛋白酶20-50U、纤维素酶 20-50U；
（3）种子培养：将Clostridium acetobutylicum UM80菌种的甘油管活化培养36h，作为种液，活化培养基为10%的玉米醪培养基；
（4）发酵培养基的配制：将步骤（1）得到梨渣酶解悬浮液和步骤（2）得到餐厨废弃物酶解悬浮液按照质量比为4：1混合，得到混合酶解悬浮液即为发酵培养基；
（5）发酵培养：将步骤（3）获得的种液按10%的接种量转接到步骤（4）制得的发酵培养基中，在室温下发酵100-120h，产生丁醇，对发酵液过滤后，测得滤液中丁醇浓度为7.9g/L。
实施例3
一种利用橘渣和餐厨废弃物混合发酵生产丁醇的方法，包括以下步骤：
（1）橘渣的预处理：首先将橘渣烘干破碎成粉末状，然后将橘渣和水混合后煮沸60min，再按比例加入纤维素酶，每克果渣添加纤维素酶45U，55℃酶解36h，得到水解葡萄糖含量为20g/L橘渣酶解悬浮液；
（2）餐厨废弃物的预处理：先剔除不可生物降解的杂质，然后将餐厨废弃物粉碎，在加水将其稀释，55℃复合酶解3h，得到水解葡萄糖含量为25g/L的餐厨废弃物酶解悬浮液。每克餐厨废弃物添加淀粉酶6-10U、糖化酶50-200U、蛋白酶20-50U、纤维素酶 20-50U；
（3）种子培养：将Clostridium acetobutylicum UM80菌种的甘油管活化培养36h，作为种液，活化培养基为25%的玉米醪培养基；
（4）发酵培养基的配制：将步骤（1）得到橘渣酶解悬浮液和步骤（2）得到餐厨废弃物酶解悬浮液按照质量比为4：1混合，得到混合酶解悬浮液即为发酵培养基；
（5）发酵培养：将步骤（3）获得的种液按10%的接种量转接到步骤（4）制得的发酵培养基中，在室温下发酵100-120h，产生丁醇，对发酵液过滤后，测得滤液中丁醇浓度为7.8g/L。
对比例1
一种利用苹果渣发酵生产丁醇的方法，包括以下步骤：
（1）苹果渣的预处理：首先将苹果渣烘干破碎成粉末状，然后将苹果渣和水混合后煮沸60min，再按比例加入纤维素酶，每克果渣添加纤维素酶45U，55℃酶解36h，得到水解葡萄糖含量为25g/L苹果渣酶解悬浮液；
（2）种子培养：将Clostridium acetobutylicum UM80菌种的甘油管活化培养36h，作为种液，活化培养基为5%的玉米醪培养基。
（3）发酵培养：将种液按10%的接种量分别转接到不同浓度的发酵培养基中，培养120h。
（4）发酵液中丁醇浓度最高为6g/L。
对比例2
一种餐厨废弃物发酵生产丁醇的方法，包括以下步骤：
（1）餐厨废弃物的预处理：先剔除不可生物降解的杂质，然后将餐厨废弃物粉碎，在加水将其稀释，55℃复合酶解3h，得到水解葡萄糖含量25g/L的餐厨废弃物酶解悬浮液。每克餐厨废弃物添加淀粉酶6-10U、糖化酶50-200U、蛋白酶20-50U、纤维素酶 20-50U；
（2）种子培养：将Clostridium acetobutylicum UM80菌种的甘油管活化培养36h，作为种液。活化培养基为5%的玉米醪培养基；
（3）发酵培养：将种液按10%的接种量分别转接到不同浓度的发酵培养基中，培养120；
（4）发酵液中丁醇浓度最高为4.3g/L。
由实施例1与对比例1、2比较，可以看出，将果渣和餐厨废弃物混合发酵生产丁醇，发酵液中丁醇浓度比单独利用餐厨废弃物时提高了95%以上，比单独利用苹果渣时提高了30%以上。总溶剂浓度比单独利用餐厨废弃物时提高了约160%，比单独利用苹果渣时提高约57%。