[发明专利]一种分阶段补糖厌氧发酵生产丁醇的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种分阶段补糖厌氧发酵生产丁醇的方法，属于生物化工技术领域。

背景技术

丁醇是重要的精细化工原料，也是新型的可再生能源，有着十分广泛的用途。在世界未来的能源结构中，可再生生物能源将占重要比重。近年来，科研人员在改良丁醇发酵菌种，改进丁醇发酵技术，提高丁醇产量和产率，降低丁醇成本等方面取得很大进展[郑海洲等. 丁醇生物发酵的研究进展. 河北化工. 2008, 31(12), 36～37]。生物丁醇具有高能量、可混合性、低挥发性、污染少等优点,可以取代乙醇作为一种可再生的燃料添加剂[Richard VN. Biobutanol enters battle of the alcohols[J].Chemistry World, 2008, 5(2):21～21]。

工业上生产丁醇的方法有3种：羰基合成法、醇醛缩合法和发酵法。其中羰基合成法和醇醛缩合法均属于化学合成法，二者都以石油为原料，投资大，技术设备要求高。而丁醇生物发酵一般是利用丙酮丁醇梭菌在严格厌氧条件下进行的，其主要产物是丁醇、丙酮和乙醇，含量约为6:3:1，简称AB或ABE发酵[陈騊声. 发酵法丙酮和丁醇生产技术. 北京: 化学工业出版社, 1991]。

然而实际发酵过程中丁醇转化碳源的产率要比乙醇低的多，因此限制了丁醇燃料的发展[何景昌, 张正波, 裘娟萍.生物丁醇合成途径中关键酶及其基因的研究进展. 食品与发酵工业. 2009, 35(2), 116～120]。制约丙酮、丁醇发酵产业发展的因素主要是溶剂产率、生产强度、生产成本，尤其是溶剂产率（单位质量的原料产生的总溶剂质量）低，以玉米原料为例，总溶剂产率一般只有30%左右，这样低的溶剂产率使得发酵法在和化学法竞争时处于劣势。高浓度的底物对丙酮丁醇梭菌有较强的抑制作用，为防止底物对生物体的毒害作用，以一定的稀释比率流加高浓度的底物，可以减小底物的抑制作用。不同的碳氮比对丁醇发酵特定的发酵时期——产酸期和产醇期有着不同的影响，可以使溶剂的产量得到提高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种分阶段补糖厌氧发酵生产丁醇的方法，以提高丁醇和总溶剂的产量和产率，达到碳源的高效利用。

为了解决上述问题，本发明的技术方案在于：

一种分阶段补糖厌氧发酵生产丁醇的方法，包括菌种活化、种子培养、厌氧发酵三步骤，其特征在于：在厌氧发酵步骤中，在原始不含碳源的发酵培养基中加入10～20 g/L的葡萄糖、木糖或者其组合，接入种子液开始厌氧发酵，发酵进行8～12小时后再向发酵体系补加入40～50 g/L的葡萄糖、木糖或者其组合，至完成厌氧发酵。

其中，本发明所述的发酵菌种是丙酮丁醇梭菌（Clostridium acetobutylicum）；本发明所述的丙酮丁醇梭菌是Clostridium acetobutylicum XY16（CCTCC NO：M 2010011），丙酮丁醇梭菌Clostridium acetobutylicum AS1.134（CGMCC 1.134），或者丙酮丁醇梭菌Clostridium acetobutylicum AS1.135（CGMCC 1.135）。

本发明所述的菌种活化步骤是常规的丙酮丁醇梭菌所采用的菌种活化方法。在本发明中，菌种由冻存的甘油管中接入50 mL血清瓶的pH为6.0～7.0的含有淀粉的能提供碳源、氮源以及无机盐的液体培养基中，通入N₂或CO₂，在恒温培养箱中培养，温度为30～40℃，活化培养12～24 h，用于种子培养基接种和菌种保存。

本发明所述的种子培养步骤是常规的丙酮丁醇梭菌所采用的种子培养方法。在本发明中，种子培养的培养基为pH 6.0～7.0的含有糖类的能提供碳源、氮源以及无机盐的液体培养基，培养时将500 mL血清瓶中加入种子培养基100～400 mL，通入N₂或CO₂，115～121℃灭菌15～30 min，冷却后接入活化的种子液，培养温度为30～40℃，在恒温培养箱中培养，培养时间为8～16 h，用于发酵罐接种。