[发明专利]一种半连续发酵生产生物丁醇的方法

说明书

技术领域

本发明提供了一种半连续发酵生产生物丁醇的方法，属于生物工程技术领域。具体涉及半连续发酵方法在糖丁酸梭菌Clostridium saccharobutylicum DSM 13864发酵甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜及木质纤维素水解糖浆等糖质原料制备生物丁醇过程中的应用。

背景技术

正丁醇（butanol）习惯上简称丁醇，化学式为C₄H₁₀O，无色透明液体，具有强烈的气味，稍溶于水，有毒、易燃，属二级易燃危险品。丁醇是一种重要的C4平台化合物，也是一种战略性产品，用途非常广泛，可用于邻苯二甲酸正丁酯、脂肪二元酸和磷酸丁酯、丙烯酸丁酯及醋酸丁酯等的合成；可经过氧化生产丁醛或丁酸；还可用作油脂、医药和香料的提取溶剂以及醇酸树脂的添加剂等。此外，可用作有机染料和印刷油墨的溶剂、脱蜡剂。我国丁醇主要用于生产醋酸丁酯、丙烯酸丁酯、邻苯二甲酸二丁酯及医药中间体等。

丁醇还是一种重要的具有极大潜力的新型生物燃料，无论是燃烧值还是辛烷值丁醇都与汽油接近。同时，丁醇可按高比例与汽油进行混合作为燃料，而不需要对汽车进行改装；比使用汽油与乙醇的混合燃料更实惠。丁醇的低蒸汽压力和疏水性，使得丁醇的运输依靠现有的汽油输送管道及分销渠道成为可能，这充分表明丁醇是理想的汽油替代燃料。

国内外丁醇的生产主要通过石油化工合成获得。近年来，随着石油化工方法生产丁醇的成本大幅提高，给发酵法生产生物丁醇带来了新的机遇。在中国，传统工业化发酵生产丙酮丁醇主要是以玉米等粮食类淀粉质原料为底物(Appl Microbiol Biotechnol 2009, 83:415-423)，这不仅提高了发酵成本而且危及国家粮食安全。为了解决这一难题，近年来许多高校和研究机构开始用糖蜜(J Mol Microbiol Biotechnol 2000, 2:115-124,)、木质纤维素水解液(Biomass Bioenergy 2010, 34:559-565)等价廉的糖质原料来代替粮食淀粉质原料发酵生产丙酮丁醇。糖蜜是制糖工业的副产品，其中主要含有大量可发酵糖(主要是蔗糖)，因而是发酵工业中较廉价的碳源原料。目前，用糖蜜来发酵生产丙酮丁醇的方法主要以分批发酵为主，也有补料分批的研究。Qureshi等人在80g/L的糖蜜中加入25.3 g/L葡萄糖，用C. beijerinckii BA101进行分批发酵，分批总溶剂为22.8 g/L(J Ind Microbiol Biotechnol 2001, 26:290-295)；Syed等人用诱变菌C. acetobutylicum MEMS-7发酵6%的糖蜜，丁醇分批产量达18.3 g/L (Turk J Biochem 2008, 33:25-30,)；裴建新等人从土壤中筛选出两株C. beijerinckii，用糖蜜进行分批发酵，最高总溶剂为11.33 g/L (酿酒科技 2010, 5(191):32-35)。范俊辉等人从土壤中分离出1株适合利用甜菜糖蜜发酵生产丁醇的丙酮丁醇梭菌 C. acetobutylicum 2N，以补料分批发酵方式降低底物抑制，33℃发酵48 h后，丁醇和总溶剂的浓度分别为14.15 g/L和19.65 g/L，丁醇质量分数超过70％(生物加工过程 2010, 8(6):6-9)。

目前，工业上还没有关于发酵甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜及木质纤维素水解糖浆等糖质原料糖蜜半连续发酵生产生物丁醇的报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种半连续发酵生产生物丁醇的方法，为工业化发酵生产生物丁醇提供一种运行成本低、能源消耗低、生产强度高、易于自动化操作的半连续发酵生产新方法。

本发明的技术方案：一种半连续发酵生产生物丁醇的方法，先经种子培养，然后整个发酵过程为二级半连续发酵：一级罐提供菌体，二级罐发酵生产生物丁醇溶剂；步骤为：

（1）种子培养：

以糖丁酸梭菌（Clostridium saccharobutylicum ）DSM 13864为发酵生产生物丁醇的菌种，Clostridium saccharobutylicum DSM 13864购自德国微生物菌种保藏中心（DSMZ）。