[发明专利]一种利用含有戊糖和己糖的混合糖分段、混菌发酵生产乙醇、丁醇和丙酮的方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种发酵生产乙醇、丁醇和丙酮的方法，具体涉及一种利用含有戊糖和己糖的混合糖分段、混菌发酵生产乙醇、丁醇和丙酮的方法。

背景技术：

随着全球社会和经济的高速发展，能源的消费量日益增加，能源消费总量将从目前的100多亿吨油增加到2025年的162亿吨油，增长率超过50%，CO₂的排放量也将随之快速增加。另一方面，据最新的数据表明全世界己探明的可开采石油、煤炭和天然气的储量分别为1770亿吨、9827亿吨和118×106亿m³。以目前的开采和消耗速度估算，石油仅能维持生产40年，天然气和煤炭分别可以供应65年和162年。因此，资源和环境方面的压力迫使人类越来越多地关注自然和社会的可持续性发展，发展新型的可再生材料、原料和能源已成为全球的共识，可再生能源成为各国主要发展措施。

生物乙醇、生物丁醇作为可再生的、环境友好型能源，受到越来越多的关注，而且对于减轻当前的石油的损耗和生物环境的恶化相当重要。木质纤维素生物质可再生，资源丰富。在过去的几十年，将这类物质通过水解转化为己糖、戊糖等可发酵性糖，被认为是乙醇、丁醇生产中很具吸引力的一个途径。木质纤维素类生物质包括农业生产的废弃物和剩余物（如农作物秸秆、谷壳、麸皮、蔗渣等)、林木（软木和硬木）及林业加工废弃物、草类等，将其水解（用酸法或者酶法），可生成葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、半乳糖等成分，然后利用酵母菌或基因工程菌发酵得到乙醇，这就是我们熟知的传统纤维素乙醇生产工艺。以己糖（葡萄糖）为碳源的乙醇发酵菌种酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae已经在工业上得到了广泛的应用，但有效利用以戊糖或利用己糖和戊糖进行共发酵的工业菌株尚不成熟。这样占原料30%的半纤维素水解得到的糖类就不能转化成燃料乙醇，造成产品产率低、成本高，严重地制约着纤维燃料乙醇的产业化进程。木质纤维素类生物质是最具前景的液体燃料生产原料，传统纤维素燃料乙醇所面临的直接技术障碍就是五碳糖的发酵问题。而丙酮丁醇梭菌能同时利用五碳糖和六碳糖，若将秸秆类生物质水解生成纤维二糖、葡萄糖和木糖等，然后利用丙酮丁醇梭菌发酵生产丁醇，可有效解决传统纤维素燃料乙醇所面临的直接技术障碍五碳糖不能发酵的问题。发明专利CN101440381B公开了一种以戊糖和己糖共发酵生产丙酮丁醇的方法，解决了戊糖发酵的问题，但是丙酮丁醇梭菌发酵生产丙酮、丁醇和乙醇总的溶剂转化率只有35%左右，远低于酿酒酵母生产乙醇的50%。若能利用丙酮丁醇梭菌利用戊糖发酵产丙酮和丁醇的特性、酿酒酵母利用己糖发酵产乙醇较高转化率的特性，以及酿酒酵母可以利用丙酮丁醇梭菌中间代谢产物发酵生产乙醇的特性，将木质纤维素水解液通过两种菌分段、混菌发酵，生产乙醇、丁醇和丙酮，不仅能有效解决传统纤维素燃料乙醇所面临的五碳糖发酵问题，而且还能提高总溶剂的转化率。

目前尚无报道以含有戊糖和己糖的混合糖为原料通过采用酿酒酵母与丙酮丁醇梭菌分段、混菌发酵生产乙醇、丁醇和丙酮的方法

发明内容：

本发明的目的是提供一种以含有戊糖和己糖的混合糖为原料分段、混菌发酵生产乙醇、丁醇和丙酮的方法。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

一种利用含有戊糖和己糖的混合糖分段、混菌发酵生产乙醇、丁醇和丙酮的方法，包括以下步骤：

1）将含有戊糖和己糖的混合糖配成总糖浓度为20g/l～100g/l，且戊糖占总糖的质量百分比为5～65%，优选为10～60%，再加入氮源和磷源得到发酵培养基，然后将发酵培养基蒸煮灭菌得到蒸煮醪液；

2）待蒸煮醪液冷却到42℃以下进行分段、混菌发酵，首先接入酿酒酵母或丙酮丁醇梭菌中的一种，待发酵4～72小时后接入两种菌株之中的另外一种菌株，继续发酵得到发酵醪液；所述发酵为厌氧发酵，发酵温度为25～41℃，总发酵时间30～168h；

3）将发酵醪液过滤，蒸馏，精馏得到最终的乙醇、丁醇、丙酮产品。

所述氮源或磷源选自以下原料之一或者其混合：玉米浆、玉米粉、麸皮、米糠、酵母膏、蛋白胨、鱼粉、豆饼粉、酵母粉、豆饼、硫酸铵、氯化铵、碳酸铵、碳酸氢铵、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢钾、磷酸二氢钠、磷酸氢钾、磷酸氢钠。

所述氮源和磷源的质量为发酵培养基中总糖质量的10～50w%。

所述蒸煮灭菌，灭菌温度为101～135℃，灭菌时间为20～150min。