[发明专利]一种利用木质纤维素连续发酵生产丁醇的装置及方法

权利要求书

1.一种利用木质纤维素连续发酵生产丁醇的装置，其特征在于：包括一级发酵罐和二级发酵罐，一级发酵罐为立式搅拌釜式发酵罐；二级发酵罐为长方体管式发酵罐，管式发酵罐内部设置竖直隔板将其分割为若干相同的反应单元，隔板下端与管式发酵罐底部固定连接，隔板上端留有过水通道，每个反应单元设有倒立的T型挡板，T型挡板与反应单元的前后端固定连接，顶端与发酵罐顶部固定连接；一级发酵罐出口的水平位置高于二级发酵罐入口的水平位置，发酵液利用液位差由一级发酵罐从二级发酵罐的第一个反应单元顶部流入，并逐级溢流到每个反应单元，由最后一个反应单元流出，流出口高度与竖直隔板的高度一致。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：竖直隔板将管式发酵罐分割为2-10个相同的反应单元，隔板的高度为管式发酵罐高度的0.75-0.9倍。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：T型挡板下端宽度为每个反应单元宽度的0.5-0.8倍，高度为管式发酵罐高度的0.25-0.5倍。

4.采用权利要求1-3任一所述装置连续发酵生产丁醇的方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）将木质纤维素原料进行预处理、酶解获得酶解液，以酶解液为碳源制备发酵培养基，控制总糖浓度为60-80g/L；

（2）在一级发酵罐中加入发酵培养基，并接入发酵菌种子液进行培养，当发酵液OD₆₀₀值达到5-10时，补加新鲜发酵培养基，随着培养基的不断补加，一级发酵罐中的发酵液溢流至二级发酵罐中；

（3）连续发酵前二级发酵罐为空罐，发酵液利用液位差由一级发酵罐从二级发酵罐的第一个反应单元顶部流入，并逐级溢流到每个反应单元，最终发酵液从最后一个反应单元溢流流出。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：步骤（1）所述木质纤维素为玉米秸秆，预处理方式采用稀酸蒸汽爆破组合预处理。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：步骤（1）控制酶解体系的干物质浓度为20wt%-30wt%，纤维素酶的加入量使得纤维素酶与预处理原料中纤维素的比例为5-25IU/g纤维素，酶解的pH值为4.5-5.5，温度为45-55℃，酶解时间为48-96h。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：步骤（1）所述发酵培养基以木质纤维素酶解液为碳源，控制总糖浓度为60-80g/L，加入以下营养元素配成发酵培养基，以g/L计为：酵母 1.0，CH₃COONH₄ 2.2，KH₂PO₄ 0.5，K₂HPO₄ 0.5，MnSO₄ 0.01，NaCl 0.01，MgSO₄·7H₂O 0.2，FeSO₄ 0.01，对氨基苯甲酸 0.001，维生素B₁ 0.001，生物素0.01×10^-3。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：步骤（2）所述丁醇发酵菌采用丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicum) ATCC 824，购于美国模式菌种收集中心；或者采用拜氏梭菌CM20，其分类命名为拜氏梭菌（Clostridium beijerinckii），已于2014年06月17日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号为CGMCC No.9354。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：步骤（2）采用RCM培养基制备发酵菌种子液，在种子液培养基中接入丁醇发酵菌，厌氧环境下于36-38℃下培养16-20h获得的。