[发明专利]一种利用玉米秸秆为原料发酵生产微生物油脂及酯化的方法

说明书

技术领域

本发明属于生物化工领域，特别涉及一种利用玉米种植业副产物的玉米秸秆为原料，深黄被孢霉（Mortierella isabellina）为菌株，发酵生产微生物油脂及酯化的方法。

背景技术

随着能源危机、粮食短缺、环境污染等问题越来越严重，如何使农业废弃物无害化、资源化利用已成为亟待解决的关键问题关。玉米秸秆是一种丰富的农业废弃物，是可再生资源，是生物质资源中应用潜力最大储量、最为丰富的资源之一。陈洪章等在文献《China Basic Science，2009，5:32-37》的“面向新一代生物及化工产业的生物质原料炼制关键过程”，报道了玉米秸秆是新一代生物及化工产业最具价值的工业通用原料。而李飞跃, 汪建飞等在《农业工程学报, 2013, (14):1-7》的“中国粮食作物秸秆焚烧排碳量及转化生物炭固碳量的估算”，报道了全世界种植的各种农作物每年可产生近20亿吨的秸秆，中国每年产生的秸秆量约为7亿吨，玉米秸秆的年产量高达23010万吨，其中约有42.2％的玉米秸秆被闲置浪费或者就地焚烧，造成了严重的资源浪费和环境污染。虽然玉米秸秆的产量大，但是其经济系数低，资源化利用率低。

玉米秸秆组成中的纤维素、半纤维和木质素是天然的生物质能源材料。生物质能作为唯一的可再生碳源，是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量，其以生物质为载体的能量，其直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，可转化为常规的固态、液态和气态燃料。目前玉米秸秆的利用没有科学的深化，从玉米综合利用的延伸及发展的角度看，这是对生物质资源的浪费。

微生物油脂又称单细胞油脂，是由藻类、真菌类等微生物，利用碳水化合物、碳氢化合物和普通油脂为碳源，在菌体内转化为油脂储存。Economou, Ch.N., et al.在《Bioresource Technology, 2011, 102： 9737-9742》的“Single cell oil production from rice hulls hydrolysate”报道了稻壳水解液发酵产单细胞油脂，其油脂可占菌体干重的20%微生物油脂经酯化为脂肪酸酯为制备生物柴油原料。

发展玉米秸秆资源产业，带动相关行业发展，促进国民经济的增长。保证农民长久增收，促进农业发展。开拓新的微生物油脂资源是降低生物柴油价格和保障生物柴油产业持续发展的关键。

发明内容

针对微生物油脂及酯化的现有技术中所存在的问题，本发明提供了一种利用玉米秸秆为原料发酵生产微生物油脂及酯化的方法。

本发明以玉米秸秆为原料，经酸预处理和酶水解法制备玉米秸秆水解液，其水解液处理并浓缩，添加氮源，以深黄被孢霉M. iabellina为出发菌株发酵产微生物油脂，通过酯化获得脂肪酸酯。

本方法使用玉米秸秆价格低廉，可降低微生物油脂生产成本，实现玉米秸秆资源高值化利用。同时，减少玉米种植业废弃物对环境的污染，为玉米秸秆综合利用提供新的途径，所得微生物油脂经酯化可作为生物柴油，具有良好的工业化应用前景。

本发明提供的一种利用玉米秸秆为原料发酵生产微生物油脂及酯化的方法，其步骤和条件如下：

（1）玉米秸秆酸处理

     在反应釜中加入碎粉至40-200目玉米秸秆，按照干燥的玉米秸秆的质量g与水的体积mL的配比为1:8-14加入水，再加入该溶液总体积的0.5-1.25%的硫酸，于100-160℃恒温60-150min，采用过滤或离心的方法得到玉米秸秆酸处理的上清液和玉米秸秆酸处理的滤渣；

（2）玉米秸秆滤渣酶水解        

在反应釜中加入步骤（1）玉米秸秆酸处理的滤渣，按该滤渣干重g与水的体积mL的配比为1: 6-12加入水，并按该滤渣干重再加入25FPU/g的纤维素混合酶，该混合酶的活性为80-160IU/mL，于40-60℃保温50-80h，采用过滤或离心的方法得到玉米秸秆酶解的上清液；

（3）玉米秸秆水解液的中和

将步骤（1）和（2）得到的上清液混合，再将其浓缩至所含的还原糖质量浓度为60-80 g /L，用Ca(OH)₂调pH值为6.0-7.5，40-70℃恒温20-30min，离心除去沉淀，得到玉米秸秆水解液；

（4）油脂微生物发酵培养