[发明专利]一种利用玉米芯残渣同步糖化发酵生产2，3-丁二醇的方法

说明书

技术领域

本发明属于生物化工技术领域，涉及一种发酵生产2，3-丁二醇的方法。

背景技术

2，3-丁二醇(2，3-butanediol，简称2，3-BD)广泛应用于化工、食品以及航空航天等众多领域。其热值为27200kJ/kg，与乙醇(29100kJ/kg)相近，可用作燃料，同时，还可用于制备聚合物、油墨、香水、防冻剂、香薰剂、增湿剂、炸药以及药物的手性载体等。

随着石化资源的日益枯竭以及石化工业对环境的影响，可再生资源引来了越来越多的关注。由于石油价格的不断上涨及其不稳定性，利用可再生资源生产生物基大宗化学品如生物燃料等引起了人们极大的兴趣。利用可再生的生物质资源作为底物，将生物发酵和绿色化学工业有机结合，可以建立起环境友好的、可持续发展的化学工业。

目前2，3-丁二醇的生产方法有化学法和生物转化法。工业上生产2，3-丁二醇的化学法，主要是以石油裂解时产生的四碳类碳氢化合物在高温高压下水解得到，然而化学法生产2，3-丁二醇不仅成本高而且过程繁琐，因此工业化生产较困难。生物发酵法合成2，3-丁二醇使用的生物质原料可再生，较化学法生产2，3-丁二醇工艺更简单、更加环境友好，不仅可以避免化学法合成的困难，而且可以促进人类社会生产，由传统的石油炼制向以可再生资源为原料的生物炼制转型，逐渐减少对日益枯竭的石油资源的依赖。目前利用葡萄糖为底物占生物转化法生产2，3-丁二醇的大多数，但由于粮食危机的存在，利用丰富而且廉价的可再生资源木质纤维类物质为原料发酵生产2，3-丁二醇成为必然趋势。

木质纤维素原料，来源广泛，且再生迅速。玉米芯作为一种木质纤维素原料，在我国有着极其广泛的资源。现阶段，我国大部分工业生产的木糖是由玉米芯水解液提取得到，在木糖过程中产生了一种纤维素含量丰富的废弃物——玉米芯残渣。玉米芯残渣具有纤维素含量高，结构疏松的特点，是一种理想的木质纤维素原料。因此利用玉米芯残渣生产高值平台产物2，3-丁二醇，以草代粮，不仅解决了与人争粮的问题，同时实现了一种工业副产物的高值利用，顺应了环境友好和可持续发展的潮流。

发明内容

本发明的目的是以木糖工业废弃物玉米芯残渣为主要原料，利用生物工程技术生产高值平台化合物2，3-丁二醇，实现资源的综合利用。

鉴于纤维素酶解过程当中存在的葡萄糖阻遏，工业上对纤维素酶解液的浓缩存在能耗过大的问题，因此本发明选择同步糖化发酵方式，避免了纤维素酶解后的浓缩过程。本发明对利用玉米芯残渣进行同步糖化发酵的发酵条件进行了探索，并对各种添加因子进行了响应面优化，最终得到了一种利用玉米芯提取木糖后残渣同步糖化发酵生产2，3-丁二醇的方法。

具体步骤如下：

第一步、将玉米芯残渣原材料烘干粉碎后，按照玉米芯残渣与NaOH溶液重量体积比1∶8-1∶12混合，在60-80℃条件下预处理1-3h，后将残渣洗涤至中性，烘干粉碎后过40目筛备用。所述NaOH溶液浓度为1％-2％。

第二步、将处理后的残渣加入发酵液中，残渣与发酵液的重量体积比为1∶8-1∶15，然后在115℃下灭菌20min。

发酵液组成如下：

尿素1.4-2.2g/L，乳酸1-3g/L，柠檬酸钠0.1-1g/L，EDTA0.002-0.006g/L，磷酸氢二钾1-5g/L，磷酸二氢钾4-20g/L，硫酸镁0.05-0.5g/L，硫酸钙0.03-0.06g/L，硫酸亚铁0.1-0.15g/L，氯化钴0.002-0.006g/L，硫酸铜0.0025-0.0075g/L，硫酸锌0.05-0.15g/L，硫酸锰0.025-0.05g/L。

第四步、接入2％-10％的肺炎克雷伯氏菌(Klebsiella pneumoniae)CICC10011、产酸克雷伯氏菌(Klebsiella oxytoca)CICC21518、多粘类芽孢杆菌(Bacillus polymyxa)CICC10010、阴沟肠杆菌(Bacillus cloacae)CICC10014菌液中的一种或上述菌种的混合菌液，同时向发酵液中加入纤维素酶，所述发酵液中纤维素酶的添加量为：每克玉米芯残渣加入300U-500U纤维素酶。于35-42℃同步糖化发酵36-84h后2，3-丁二醇的产量为玉米芯残渣干重的19.59％-36.13％(2，3-丁二醇/玉米芯残渣干重，W/W)。