[发明专利]利用甜高粱秸秆或/和甜玉米秸秆发酵生产丙酮、丁醇

说明书

技术领域

本发明涉及利用农业废弃物秸秆进行微生物转化生成化工产品的方法，特别涉及利用甜高粱秸秆或/和甜玉米秸秆发酵生产丙酮和丁醇的方法。

背景技术

丙酮(Acetone)、丁醇(butanol)是重要的有机溶剂和化工原料，广泛应用于喷漆、炸药、塑料、制药、植物抽提取及有机玻璃、合成橡胶等工业，其中又以丁醇价值更高。它们可以通过化学合成法和微生物发酵法生产。化学合成的原料来自石油，近年来石油价格大幅上涨，其资源不可再生，化学合成法终将被发酵法所取代。微生物发酵法可利用农副产品为原料，工艺设备简单，投资较小，原料价廉，来源广泛。用玉米等粮食作原料进行丙酮-丁醇发酵已有成熟的工艺，但粮食资源十分宝贵，世界各国大力倡导利用农副产品即非粮原料进行生物转化得到人类所需的物资。这对当今世界的可持续发展具有重要的意义。

甜高粱(sweet sorghum)也叫芦栗甜秆或糖高粱，为食用高粱的一个变种，其秸秆具有较高生物产量和糖含量。甜高粱籽粒的产量一般为2250～7500kg/hm²，同时产60000～75000kg/hm²的富含糖份的秸秆。利用甜高粱秸秆汁(sweet sorghum stalkjuice)生产燃料乙醇，在国内外已有广泛报道，但利用甜高粱秸秆汁发酵生产丙酮、丁醇尚未有报道。甜高粱秸杆出汁率为60％左右，其汁中含有糖类、蛋白质、氨基酸、微量矿质元素等物质。甜高粱秸杆汁中含有糖度为10～21°Brix(白利糖度)的可溶性糖，主要由蔗糖、葡萄糖、果糖以及少量其它糖类组成。

鲜食甜玉米从美国、台湾等地引进，品种很多，甜玉米收获后还可产3000～4000kg/hm²的秸秆，甜玉米秸秆出汁率40％左右，甜玉米秸秆汁的成份与甜高粱秸秆汁类似，但甜玉米秸秆汁总固形物含量低于甜高粱秸秆汁，含有6°Brix～14°Brix的可溶性糖，其糖含量依其品种和收获期而有所不同。

若用于乙醇发酵工业生产，秸秆汁中糖含量应高于17°Brix，糖含量低的品种则不适宜。丙酮-丁醇溶剂发酵特点之一是培养基浓度较低，秸秆汁糖度只须在8°Brix左右即可满足发酵生产，可以利用不同品种和不同产地的甜高粱，也可利用糖分含量相对较低的玉米秸秆，且丁醇市场价高于乙醇4倍左右，与甜高粱秸秆汁发酵乙醇相比成本更低，而产品附加值更高。

发明内容

本发明的目的是为丙酮-丁醇的发酵生产提供一种廉价的农副产品原料作培养基，用以取代玉米以及其它来源于粮食的淀粉类原料培养基。本发明所指的农副产品原料是甜高粱秸秆和甜玉米秸秆。

所述的甜高粱秸秆是高粱收获后所剩下含有糖分的茎秆部分，可以是用作饲料的也可以是用于生产燃料乙醇的甜高粱秸秆，品种不限，压榨取汁后其汁液中的糖度在10％至21％，所含糖的主要成分为蔗糖、果糖和葡萄糖。

所述的甜玉米秸秆是甜玉米收获后所剩下含有糖分的茎秆部分，品种不限，压榨取汁后其汁液中的糖度在6％至14％，所含糖的主要成分为蔗糖、果糖和葡萄糖。

甜高粱成熟期秸秆中的糖分可达10％至21％，秸秆各部位含糖量不一样，榨汁后为其平均值。甜玉米成熟收获后，大田中的玉米秸秆仍进行新陈代谢，含糖量进一步升高，高可达14％。选择秸秆含糖量高的时机收割，将甜高粱秸秆或甜玉米秸秆榨汁，可以得到含可溶性糖较高的秸秆汁。将含糖量10％以上的秸秆汁稀释到10％～6％，以此为基本培养基加入磷酸盐、钙盐、氮源和微量生长因子等，进行优化发酵。所选磷酸盐是磷酸二氢钾；所选钙盐是碳酸钙；所选氮源是硫酸铵；所选微量生长因子是玉米浆，玉米浆也提供部分氮源。

本发明的目的是这样实现的，

一种利用甜高粱秸秆或/和甜玉米秸秆发酵生产丙酮、丁醇的方法，其生产步骤包括：

1)、用甜高粱秸秆和甜玉米秸秆榨取汁液，汁液糖度调整到10％～6％，作基本培养基；

2)、在基本培养基中按质量/体积比加入磷酸盐、钙盐、氮源和微量生长因子，用NaOH调节至pH6.7～6.9，配得培养基，在121℃高温灭菌，冷却到32℃～37℃，得发酵培养基，所述的氮源是(NH₄)₂SO₄，加入比例是0.5％～1.0％-；所述的微量生长因子是玉米浆，加入比例是0.3％～0.6％，玉米浆既作氮源也提供微量生长因子；所述的磷酸盐是KH₂PO₄，加入比例是0.02％～0.06％；所述的钙盐是CaCO₃，加入比例是0.8％～1.0％；