[发明专利]一种油桐壳生产生物丁醇的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种油桐壳生产生物丁醇的方法。

背景技术

油桐（Vernicia fordii Hemsley）属于大戟科油桐属，为中亚热带落叶乔木，是原产我国且栽培利用悠久的重要工业油料树种。在湖南、湖北、贵州、重庆、四川、广西、广东、云南、陕西、河南、安徽、江苏、浙江、江西、福建、台湾等地区均有栽培分布，其中以湖南、重庆、贵州、湖北的毗邻地区为中心产区。油桐的主要产品是桐油，为最佳干性油之一，在工业上具有广泛用途。油桐壳是油桐果加工桐油的副产物，占油桐果鲜重的40-55%。长期以来，油桐壳大多被人们丢弃浪费，被丢弃的油桐壳在降解过程中产生的异味气体污染空气，产生的液体和固体污染水源。

2011年我国原油进口依存度高达55.3%，预计到2015我国原油进口依存度将超过65.0%。对化石能源,特别是石油资源的高依赖程度正制约着我国经济的可持续发展，影响着国家的战略安全。随着石油资源的耗竭和温室效应等环境问题的日益突出，高效利用可再生原料生产能源和化学品已成为全球关注的重点之一。醇类是一类重要的平台化学品，其中大部分醇可以通过微生物发酵转化而得，因此，醇类被认为是极具发展潜力的生物燃料和生物基化学品。丁醇是一种重要的平台化学品，主要用于制造增塑剂或用作溶剂、萃取剂等。近年来，研究人员发现丁醇的热值、辛烷值与汽油相当，其含氧量与汽油中常用的甲基叔丁基醚相近；不会腐蚀管道，不易吸水，便于管道输送；蒸汽压低，安全性高，且能与汽油以任意比混合。所以，丁醇已成为被世界各国企业和研究机构强烈关注的一种极具潜力的新型生物燃料[Durre,P.,Biobutanol: an attractive biofuel.Biotechnol.J.2007,2,(12),1525-34.]。丁醇燃料的使用可以有效地减少化石燃料的消耗和温室气体的排放。

目前，丁醇主要通过化学合成法生产，其原料来源于石化产品。利用微生物发酵生产丁醇在很多方面有化学合成法不可比拟的优点，微生物发酵为丁醇的工业化生产开辟了新的道路，有名的ABE发酵法(丙酮-丁醇-乙醇)曾经是世界上第二大生物发酵工程。ABE发酵法则是以粮食为原料，经发酵获得丙酮、丁醇、乙醇（质量比3:6:1），再经精馏后分别制得丙酮、丁醇和乙醇产品。近年来随着石油价格的不断上涨，丁醇发酵工业已迎来复苏产业的大好时机。

由于第一代生物能源的发展是基于粮食为原料的，这会带来生物能源与粮争地、与人争粮的问题。因此，目前迫切需要开发利用其它原料来生产生物能源的技术，即第二代生物能源技术。第二代生物能源技术的特点是利用非粮作物即纤维素类等生物质来生产大宗的能源产品（如生物乙醇、生物丁醇等）。目前，已经有国内外研究者报道了利用各种生物质来生产丁醇的尝试，报道的生物质大多是农业废弃物，如大、小麦秸秆、玉米秸秆、玉米皮、玉米芯等。然而，利用林业废弃物来生产生物丁醇的报道非常少见。

发明内容

本发明的目的在于提高一种油桐壳生产生物丁醇的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种油桐壳生产生物丁醇的方法，包括以下步骤：

（1）油桐壳收集和预处理：将油桐壳收集后，晒干或烘干，经粉碎机粉碎后，过≥100目筛，得过筛物油桐壳粉末；

（2）油桐壳水解：按过筛物油桐壳粉末质量:稀硫酸体积=1:5-9（优选1:6）的比例向过筛物油桐壳粉末中加入质量浓度为1-5%的稀硫酸（优选质量浓度为2%的稀硫酸），在120-180℃水解1-3小时，得油桐壳水解液，控制油桐壳水解液中总糖浓度为35-45g/L；

（3）水解液发酵培养基的配制：将油桐壳水解液冷却至室温，过滤去除固形物，配制成发酵培养基；

（4）油桐壳水解液发酵：将步骤(3)中配制好的培养基转入发酵罐中，然后接种预先培养好的菌种，菌种的接种量为发酵水解液培养基体积的5%-10%，在35-40℃厌氧发酵72-120小时；

发酵所用菌种可为丙酮丁醇梭菌（Clostridium acetobutylicum DSM 792，购自德国微生物菌种保存中心）、拜氏梭菌（Clostridium beijerinckii NCIMB 8052，购自英国食品工业与海洋细菌菌种保藏中心），或丙酮丁醇梭菌和拜氏梭菌的等体积混合物。