[发明专利]利用肠杆菌同时制取氢气和2，3-丁二醇的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用肠杆菌作为目标菌种来厌氧发酵同时产生氢气和2，3-丁二醇的方法，属于生物化工技术方面。

背景技术

氢能是一种值得期待的新型环保的能源。氢气的来源广，燃烧值高，氢的热值高于所用化石燃料和生物质燃料；氢气本身无色无味无毒，是最环保的能源之一；氢气在燃烧时，效率很高，这是化石燃料和其他生物燃料难以相比的。氢气的存在形式多样，氢气可以以气态，液态或者固态金属氢化物出现，能适应储运及各种应用环境的要求。由于氢具有的优点，可以同时满足资源、环境和持续发展的要求，在未来能源体系中，氢能将成为各种能源形式之间转化的最优良载体。氢能作为一种清洁、高效、安全、可持续的新能源，被视为21世纪最具有发展潜力的能源。

2，3-丁二醇是一种极具价值的液体燃料，其燃烧值可与甲醇、乙醇相媲美，2，3-丁二醇也是一种非常有潜力的化工原料。2，3-丁二醇脱水形成的甲乙酮可作树脂、油漆等溶剂；再进一步脱水可形成1，3-丁二烯，可用于合成橡胶、聚酯和聚亚胺酯；酯化形式的2，3-丁二醇是合成聚亚胺的前体，可应用药物、化妆品、洗液等；通过催化脱氢得到的二乙酰化形式的2，3-丁二醇可以用作高价值香料的食品添加剂；2，3-丁二醇自身可以作为单体用来合成高分子化合物；左旋的2，3-丁二醇由于具有较低的凝固点可用作抗冻剂；2，3-丁二醇与甲乙酮脱氢形成辛烷异构体，可生产高级航空用油；2，3-丁二醇与乙酸反应生成2，3-丁二醇二乙酸酯，此酯类可加到奶油中改善风味；2，3-丁二醇在我国还被添加到白酒中，以改善白酒的风味；2，3-丁二醇的结构中含有两种具有旋光性的手性化合物，因此具有很高的医用和药用价值。

目前，厌氧发酵产氢的方式有多种，主要的菌种包括梭菌属(Clostridium)、脱硫弧菌属(Desulfovibrio)、埃希氏菌属(Escherichia)、固氮菌属(Azotobacter)、肠杆菌属(Enterobacter)、柠檬酸细菌属(Citrobacter)、甲烷球菌属(Methanococcus)等，对这些菌种的研究主要集中在氢气的产生上；而厌氧发酵产生2，3-丁二醇的菌种也有很多，主要包括克雷伯氏菌属(Klebsiella)，芽孢杆菌属(Bacillus)、沙雷氏菌属(Serratia)、产气气杆菌属(Aerobacter aerogenes)、产气肠杆菌属(Enterobacter aerogenes)、嗜水气单胞菌(Aeromonas hydrophila)以及假单胞菌属(Pseudomonas)的一些微生物。通常情况下，上述菌种只能单一产生氢气或2，3-丁二醇。

发明内容

本发明目的是提供一种利用产气肠杆菌进行厌氧发酵同时产生氢气和2，3-丁二醇的方法。

本发明实现过程如下：

产气肠杆菌(Enterobacteriaceace Bacterium M580)是一种属于肠杆菌属的菌种，本发明所筛选的基质是基于陕西浐河河底深层污泥，该污泥经过梯度驯化和稀释，经过多次筛选分离纯化后得到一株能同时高产氢气和2，3丁二醇的菌种，经过16S rDNA鉴定该菌种和产气肠杆菌(EnterobacteriaceaceBacterium M580)的同源性达到了98％，因此可以确定该菌种为Enterobacteriaceace Bacterium M580。

该菌种Enterobacteriaceace Bacterium M580在厌氧的条件下制备氢气和2，3-丁二醇，其制备工艺具体如下：

(1)Enterobacteriaceace Bacterium M580种子培养

从冻藏管中吸取200μL种子液到平板上进行种子的活化，然后将上述平板上的种子接种到种子培养基，种子培养基的组成如下：

葡萄糖：10-12g/L；胰蛋白胨2-4g/L；牛肉膏1.5-2g/L；酵母粉0.5-0.8g/L；NaCl 1.5-3g/L；K₂HPO₄0.5-2g/L。将上述培养基用磷酸调节其pH值到5.8-7.0；种子液采用100mL摇瓶进行。将种子培养基在摇床中培养10个小时左右，培养条件为35℃，转速为100-160rmp。

(2)Enterobacteriaceace Bacterium M580发酵液培养

发酵培养基组成如下：