[发明专利]一种以戊糖和己糖共发酵生产丙酮丁醇的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种发酵生产丙酮丁醇的方法，具体涉及一种利用戊糖和己糖共发酵生产丙酮丁醇的方法。

技术背景

丙酮丁醇是一种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、植物抽提及有机玻璃、合成橡胶等工业。更重要的是：生物丁醇与乙醇相似，是生物加工的醇类燃料，是新一代液体燃料。汽油中的主要组成是C6～C8，因此丁醇比乙醇更类似于“油”，它与燃料添加剂和润滑油配伍性更好。丁醇的化学结构使其与乙醇相比有几方面的优点，包括低的蒸汽压及在和石油混合时对水污染的影响比较小，可以使用现有的石油运输管道输送。乙醇容易吸收水分子，而且往往会腐蚀管道。因此，它必须用卡车、铁路或者船运至目的地，然后和汽油混合。丁醇的另一个优势就是它可以比乙醇以更高的浓度和汽油混合，而无需对现有车辆进行改型。虽然乙醇和丁醇都是醇类，但丁醇有较高的能量密度，乙醇的能量密度比汽油低35％，丁醇作为燃料，其热值和汽油相当，远高于乙醇，与传统燃料相比，可多走10％的路程；与乙醇相比，可多走30％的路程。随着石油资源的匮乏，丁醇显示出在能源方面的优越性。

目前丙酮丁醇的生产方法主要有发酵法和化工合成法。发酵法为较为成熟的方法，从20世纪初就开始有大规模应用。到了60年代，欧美发达国家发现丙酮、丁醇可以廉价地从石油合成，因此逐渐取代发酵法成为工业生产丙酮、丁醇的首选。但近年来，由于石油资源日渐枯竭、国际原油价格不断上涨、再加上日益严峻的生态环境问题，各国又重新开始重视发酵法生产丙酮、丁醇。

发酵法生产丙酮、丁醇主要使用淀粉类物质作为原料，包括玉米、薯类等，也可使用糖类作为原料。其中玉米是最为理想的原料，它不需添加任何辅助原料，只要配制成5～8％的醪液，就是丙酮丁醇梭菌理想的培养基。但同时玉米也是一种重要的粮食资源，如果单纯用玉米发酵，会使生产企业原料成本上升，也会造成粮食资源紧张等问题。因此，各国都在寻积极找可以代替玉米进行发酵的原料。

木质纤维素类生物质包括农业生产的废弃物和剩余物(如农作物秸秆、谷壳、麸皮、蔗渣等)、林木(软木和硬木)及林业加工废弃物、草类等，是地球最重要的再生生物资源，每年的总产量约占所有生物质资源的50％，目前大多数此类物质没有得到很好的利用。因此，利用木质纤维素为主的可再生生物质资源，生产可再生能源具有重要的经济与社会意义。木质纤维素主要由纤维素、半纤维素、木质素和其它组分构成。将其水解(用酸法或者酶法)可生成葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、半乳糖等成分，半纤维素水解后木糖、阿拉伯糖等戊糖组分则约占所有水解糖类的30～40％，其中木糖约占戊糖总量的80％。以己糖(葡萄糖)为碳源的乙醇发酵菌种Saccharomyces cerevisiae已经在工业上得到了广泛的应用，但有效利用以戊糖进行乙醇发酵或利用己糖和戊糖进行共发酵的工业菌株尚不成熟。这样纤维素水解糖类的30％就不能转化成燃料乙醇，造成产品产率低、成本高，严重地制约着纤维燃料乙醇的产业化进程。

木质纤维素水解的戊糖或己糖是一种很好的丙酮丁醇发酵原料，但戊糖或己糖需要达到一定的比例，而且戊糖或己糖中含有丙酮丁醇梭菌发酵所需的氮、磷等元素很少，需要配置合适的培养基，丙酮丁醇梭菌才能发酵生产丙酮丁醇。

目前尚无报道以戊糖和己糖共发酵生产丙酮丁醇。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用戊糖和己糖共发酵生产丙酮丁醇的方法。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种以戊糖和己糖共发酵生产丙酮丁醇的方法，包括以下步骤：

1)戊糖和己糖按一定的比例混合，再加入氮源或磷源得到原料，将原料蒸煮灭菌得蒸煮醪液；

2)待蒸煮醪液冷却至42℃以下接菌种，发酵；

3)将发酵液过滤，蒸馏，精馏得到最终的丙酮、丁醇、乙醇产品。

本发明的创新点在于：戊糖和己糖混合后与含氮源或磷源的物质混合后作为原料。

所述戊糖包括木糖、阿拉伯糖等

所述己糖包括葡萄糖、果糖和半乳糖等

本发明中所述戊糖占总糖的5-75w％，更优选地，所述戊糖占总糖的5-40w％。

本发明中所述原料加入的氮源或磷源包括但不限于玉米浆、玉米粉、麸皮、米糠、酵母膏、蛋白胨、鱼粉、豆饼粉、酵母粉、豆饼、硫酸铵、氯化铵、碳酸铵、碳酸氢铵、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵等。