[发明专利]一种半乳糖基藻类生物质的发酵方法

说明书

技术领域

本发明属于生物能源技术领域，具体涉及一种半乳糖基藻类生物质，即降解后单糖类物质主要为半乳糖的藻类生物质的发酵方法。

背景技术

化石燃料的大量消耗所引起的能源安全和环境气候变化问题日益严重，因此，利用生物等可再生资源生产的生物燃料（例如燃料乙醇、丁醇、异丁醇等）替代化石燃料成为了近几十年来的研发热点。例如，目前燃料乙醇已经成功替代了部分石油；但是，燃料乙醇的来源主要为玉米和甘蔗，所以随着对燃料乙醇需求的日益增加，有可能带来粮食安全和生态破坏等问题。因此，非粮乙醇逐渐被国内外所关注，而其原料主要包括纤维素类物质和海藻类生物质。

海藻光合作用效率高、产量大，具有不与人争粮和不与粮争地的优势，是目前生物燃料或化工中间体的重点研究方向之一。其中，大型海藻的规模化养殖技术已经相对成熟，在亚洲国家，单位面积的红藻和褐藻产量最高可达70～80吨/公顷/年，是陆地植物产量的2～4倍，且其用于发酵生产乙醇等燃料或化工中间体的碳水化合物含量丰富，约占其总生物质量的50～70%，因此具有良好的发展前景。

其中，红藻产量约占总海藻产量的一半，但其糖类物质组成与陆地植物不同，其降解后的单糖主要为半乳糖，即称为半乳糖基藻类生物。目前，关于藻类生物质发酵方法的研究，大部分都是针对以葡萄糖、果糖等为主要多糖的藻类（称为葡萄糖基藻类），而并不是针对如红藻等以半乳糖为主要多糖的藻类。因此，利用现有的方法发酵红藻生物质时，往往出现半乳糖不发酵或发酵效率偏低的问题，很大程度上限制了大型红藻生物质的发酵产率。

发明内容

本发明的技术目的是针对上述技术现状，提供一种半乳糖基藻类生物质的发酵方法，利用该方法能够提高半乳糖的发酵效率，从而提高生物燃料或化工中间体等发酵产物的产量。

为了实现上述技术目的，本发明人经过长期实验探索后发现，半乳糖、葡萄糖和果糖在厌氧发酵中的代谢途径不同，半乳糖的代谢途径需要培养体诱导活化菌体才能启动，而现有的菌体诱导活化过程中所采用的培养体不利于甚至抑制含有半乳糖操纵子的菌体活化，从而大大降低了半乳糖的发酵率。而本发明人在菌体的诱导活化过程中，创造性地采用半乳糖培养体代替目前采用的培养体诱导活化菌体后发现，半乳糖的发酵率大幅度提高，从而大大提高了发酵产物的产量。

本发明的具体技术方案是：一种半乳糖基藻类生物质的发酵方法，该方法包括如下过程：将所述的藻类生物质降解，得到降解产物；采用培养体诱导活化菌体；将诱导活化后的菌体接入该降解产物进行厌氧发酵；其特征是：所述的菌体是含有半乳糖操纵子的酵母或含有半乳糖操纵子的大肠杆菌；所述的菌体诱导活化过程中，培养体为半乳糖培养液或者固体半乳糖培养基。

所述的半乳糖基藻类生物质是指降解后单糖类物质主要为半乳糖的藻类生物质，包括但不限于红藻等，例如石花菜属（Gelidium）、蜈蚣藻属（Grateloupia）、麒麟菜属（Eucheuma）和江蓠属（Gracilaria）的大型海藻等。

所述的降解是指将该半乳糖基藻类生物质中的多糖组分充分降解为可利用的单糖，该单糖主要包括半乳糖。该降解技术不限，包括物理降解、化学降解、生物降解等，例如酸水解、酶降解、酸酶降解、微生物降解等。

所述的降解产物形态不限，包括固体、半固体和液体等形态。

所述菌体是含有半乳糖操纵子的酵母或含有半乳糖操纵子的大肠杆菌。其中，酵母来源形式不限，可以是所有可通过分离得到的酵母，如腐败物质、土样或水样；可以是菌体库中保藏的酵母菌种；可以是商业酵母；也可以是经基因工程改造的酵母以及酵母突变株等。

作为优选，所述的菌体诱导活化过程中，菌体与培养体的质量体积比为0.1%克/毫升～2%克/毫升，进一步优选为0.5%克/毫升。

所述的菌体诱导活化过程可以是静置诱导培养活化，也可以振荡诱导培养活化。

作为优选，所述的半乳糖培养体中，半乳糖质量百分比浓度为0.5%～5%（w/v）。

作为优选，所述的菌体诱导活化过程为：将菌体加入半乳糖培养液或固体半乳糖培养基中，在25℃～40℃的温度下振荡诱导活化2小时～24小时，振荡速度为0～300转每分钟。

所述的厌氧发酵包括间歇式厌氧发酵、连续厌氧发酵或半连续厌氧发酵等。

所述的厌氧发酵过程中，作为优选，诱导活化后的菌体与降解醪液的体积比为1:1～1:10。

作为优选，所述的厌氧发酵是在25℃～35℃条件下进行。

作为优选，所述的厌氧发酵过程进行12小时～168小时。