[发明专利]一种木质纤维素生产生物柴油的方法

说明书

技术领域

本发明涉及微生物发酵工程领域，具体是利用整合生物加工(Consolidated Bioprocessing，CBP)技术，建立以纤维素降解菌株(如热纤梭菌)发酵降解纤维素产生糖类和有机酸类如葡萄糖，乳酸，乙酸等，联合微藻(如裂壶藻和微拟球藻)的大规模异养或兼养培养，发酵生产生物柴油和具有高附加值的产品如二十碳五烯酸(Eicosapentaenoic Acid，EPA)和二十二碳六烯酸(Docosahexaenoic acid，DHA)的串联发酵工艺。 

背景技术

随着全球能源和环境危机的加剧，寻求替代能源已成为许多国家的研究热点，这其中清洁，可再生的生物能源是替代能源研究的重要方面，生物柴油是新能源中替代石化柴油的最适合产品，在欧美等国已作为石化柴油添加剂开始使用，但要规模化应用还存在一定的瓶颈，即原材料的选择和生产工艺中涉及成本的问题。 

纤维素是地球上最丰富的可再生资源，但只有极少数被有效利用，绝大部分被作为废物弃置在环境中，反而造成一定的环境污染，比如城市垃圾。所以用纤维素物料生产新型生物燃料，因为具有重大战略意义而引起世界各国的广泛重视(闻志强，姜薇，2010)。但是木质纤维素由于极其复杂的结构，导致其降解十分困难(Christian Weber & Alexander Farwick et.al，2010)。嗜热厌氧的热纤梭菌(Clostridium thermocellum)因能直接将纤维素转化为单糖而吸引了众多研究者的注意力(Lynd.et al，2002)。研究表明(Lamedr，1984)，厌氧纤维素降解细菌中广泛存在的纤维小体(cellulosome)是其能够直接把纤维素转化为单糖的关键所在，因为纤维小体具有类似核糖体的大分子结构，能协调、有序、高效地降解纤维素。 

微藻作为一种新型水生生物质资源，具有生长周期短、生物质产量高和油脂含量高的特点，其生物质生产能力可达陆地植物的30倍，具有不与粮争地及不与人争粮的巨大优势；微藻在可再生能源领域有非常吸引人的巨大发展潜力，如微藻具有很强的油脂生产能力，其油脂含量可高达细胞干重的40-80％。因此，微藻有可能为我国生物质能资源短缺提供一条有效解决途径，开发能源微藻资源，发展能源微藻生物炼制产业，不仅符合我国可持续发展的能源战略需求，而且符合我国建立资源节约型和环境友好型社会的目标，有助于促进人与自然和谐发展与经济社会可持续发展。利用异养方式大规模培养微藻具有以下优势：(1)微藻生长 繁殖速度加快，藻生物量浓度大大提高：在异养培养时，藻细胞浓度可达到或接近大肠杆菌及酵母的浓度。(2)从工业化角度分析，异养培养系统更便于生产过程的控制以实现纯种培养及稳定的生产。(3)使用异养培养系统可降低微藻生产成本。 

裂壶藻Schizochytrium limacinum是一种重要的海洋经济微藻，其特点是生长快、抗逆性强、脂类含量高(达到细胞干重的50％以上，且细胞中90％以上的油脂以甘油三脂的形式存在)。此外，在它的脂肪酸中C14:0，C16:0，C22:5(DPA)，C22:6(DHA)，占总脂肪酸含量的90％左右，具有很高的营养价值并且相对容易分离，可以通过副产高附加值产品进一步提高生物柴油的经济性，因此裂壶藻被认为是最具潜力的能源微藻物种之一。 

微拟球藻(Nannochloropsis sp.)是一种单细胞的海洋绿藻，具有利用乙醇、醋酸盐和葡萄糖等有机碳进行混合营养生长的能力。提高培养液中CO₂浓度或添加葡萄糖，可以促进微拟球藻细胞的生长和油脂产率(Hu & Gao 2003；Xu et al.，2004)。微拟球藻属(Nannochloropsis)的种类通常具有很高含量的油脂含量(能达到细胞干重的50％-80％)，EPA含量能达到油脂的30％-40％，因而被认为有望成为生产生物柴油和EPA产品的生物资源(Sukenik 1999)。 

整合生物加工技术(Consolidated BioProcessing，简称“CBP”)针对当前纤维素利用技术中采用单元操作与集成优化模式面临的诸多挑战，通过将纤维素酶的生产、纤维素的酶水解、戊糖发酵与己糖发酵等原本分立的反应步骤进行整合，因此大大降低运行成本，从而提高纤维素生物转化利用的综合技术经济指标。基于这些显著的特色，CBP被认为是最有前景的低成本纤维素生物转化利用技术路线之一。