[发明专利]一种混菌发酵木质纤维素制备丁酸的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种丁酸生物发酵法制备的方法，具体地说涉及一种混菌发酵木质纤维素制备丁酸的方法。

背景技术

丁酸广泛应用于食品、化工和制药工业。丁酸酯可作为食品添加剂增加食品香味，高纯度丁酸用于乳制品工业中增加乳制品风味。β-羟基丁酸可用于生产可降解的聚β-羟基丁酸。丁酸在治疗血液病、癌症、以及胃肠道疾病的功效已经得到广泛认可。

丁酸主要以石油为原料通过化工法进行生产。但是随着人们对食品、药品安全性和绿色化学品的要求逐年提高，化工法合成的丁酸已经很难进入食品和药品行业，这使得生物发酵法合成丁酸开始受到重视。

在发酵法生产丁酸的流程中，原料费用占据了成本的一大部分。因此，使用来源广泛、价格低廉的木质纤维素作为原料进行丁酸的发酵生产可大幅度降低生产成本，并且有更好的商业前景。

以木质纤维素为原料进行丁酸的制备工艺中，有几个瓶颈制约着该项技术的应用：

其一，商业化纤维素酶价格昂贵，降低了产品的价格竞争性。

其二，对于己糖和戊糖，菌种仅能利用其中一种；或者只能先后利用而无法实现的同步利用。造成原料浪费，并且延长了发酵时长，增加了产品成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种高温条件下混菌发酵木质纤维素制备丁酸的方法，消除或大幅度降低纤维素酶的成本，并实现戊糖和己糖的同步发酵，完成丁酸的高温混菌发酵制备过程。

本发明所采用菌种分别为热纤梭菌和嗜热丁酸梭菌，并以梭菌培养基为基础，配制种子培养基；以预处理植物秸秆为原料，添加氮源和无机盐，配制发酵培养基，其主要步骤如下：

A、将热纤梭菌和嗜热丁酸梭菌接种于固体培养基，进行厌氧培养；

B、将步骤A培养的热纤梭菌和嗜热丁酸梭菌分别接种于液体种子培养基，进行厌氧培养；

C、将步骤B中的热纤梭菌种子培养基加入发酵培养基，进行厌氧液态发酵；

D、将步骤B中的嗜热丁酸梭菌种子培养基加入发酵罐中，混合均匀，进行高温混菌厌氧发酵，制备丁酸。

本发明采用木质纤维素为原料，大幅降低原料成本；利用热纤梭菌生产纤维素酶，避免商业酶制剂带来的高昂成本；利用嗜热丁酸梭菌与热纤梭菌协作，降低中间产物对纤维素酶活性的抑制，并实现戊糖和己糖的同步发酵。本发明使用农业废弃秸秆为原料进行丁酸的生物发酵法制备，对资源的再生利用及无污染新能源的研究都具有重要意义。

具体实施方式

具体地说，本发明提供的一种高温条件下混菌发酵木质纤维素制备丁酸的方法如下：

1)采用的菌种：

热纤梭菌(Clostridium thermocellum)

嗜热丁酸梭菌(Clostridium thermobutyricum)

2)采用液体梭菌培养基，在此基础上配制种子培养基。其培养基配制为：

在1L培养基中加入：1.3g(NH₄)₂SO₄，2.60gMgCl₂.6H₂O，1.43gKH₂PO₄，7.2gK₂HPO₄.3H₂O，0.13g CaCl₂.2H₂O，6g甘油磷酸钠，11mgFeCl₂.7H₂O，5g酵母提取物，10g糖类(热纤梭菌-结晶纤维素，嗜热丁酸梭菌-葡萄糖)，1mg刃天青，0.1g半胱氨酸。pH调整至6.5-7.2，通入N₂:H₂:CO₂＝80:5:15以保持培养基厌氧状态，121℃灭菌20分钟。培养基配制，接种，取样均在厌氧工作站进行操作。

3)配制液体发酵培养基

秸秆预处理产物60g/l，添加微量氮源和无机盐等物质。pH调整至6.8-7.2。

4)将热纤梭菌和嗜热丁酸梭菌接种于固体培养基，进行厌氧培养；热纤梭菌培养温度55-60℃，培养时间120-168小时，嗜热丁酸梭菌培养温度55℃，培养时间24小时。

5)将步骤4培养的两株菌分别接种于20-50ml液体种子培养基，进行厌氧培养；热纤梭菌培养温度55-60℃，培养时间120-168小时，嗜热丁酸梭菌培养温度55℃，培养时间24小时。