[发明专利]一种混菌发酵木薯生产丙酮、丁醇和乙醇的方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种生产丙酮、丁醇和乙醇的方法，具体涉及一种混菌发酵木薯生产丙酮、丁醇和乙醇的方法。

背景技术：

现有的以木薯为原料发酵生产乙醇的工艺通过木薯原料蒸煮糊化、液化、糖化、发酵，对发酵醪液进行蒸馏分离得到乙醇，其工艺流程如下：首先将木薯原料粉碎调浆，然后对其进行蒸煮，使其糊化，加入α-淀粉酶进行液化，然后加入糖化酶使淀粉水解为可发酵性糖，补加氮磷源并灭菌，然后接种培养成熟的酿酒酵母种子进行发酵，或者是糖化工艺和发酵工艺同步进行，发酵结束后对发酵醪液进行蒸馏得到乙醇。

现有的以木薯为原料发酵法生产丙酮、丁醇和乙醇的工艺是通过木薯原料粉碎，添加氮磷源后直接灭菌配制发酵培养基，接种培养成熟的丙酮丁醇梭菌种子液进行发酵，发酵结束后对发酵醪液进行蒸馏得到丙酮、丁醇和乙醇。由于丙酮丁醇梭菌能够产淀粉酶和糖化酶，因此可以直接利用木薯淀粉进行发酵。

目前技术存在以下的问题和不足：1、木薯乙醇发酵工艺中原料的糖化工艺需要加入淀粉酶和糖化酶，淀粉酶和糖化酶价格昂贵，降低了产品的价格竞争力；2、木薯乙醇发酵工艺中液化、糖化与发酵分开进行，整个过程能耗巨大。3、木薯丁醇发酵工艺中总溶剂(丙酮、丁醇和乙醇)的得率较低，仅为0.30-0.35g/g葡萄糖。

发明内容：

本发明的目的是针对现有技术中酿酒酵母木薯乙醇发酵和丙酮丁醇梭菌木薯丁醇发酵中单菌发酵存在的问题，提供一种混菌发酵木薯生产丙酮、丁醇和乙醇的方法。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

一种混菌发酵木薯生产丙酮、丁醇和乙醇的方法，该方法包括以下步骤：

a、以木薯为碳源，将木薯原料粉碎，添加氮源、磷源后，经过调浆、灭菌配制成木薯发酵培养基；

b、将培养成熟的丙酮丁醇梭菌种子液和酿酒酵母种子液先后接种于步骤a得到的木薯发酵培养基，进行厌氧混菌发酵生产丙酮、丁醇和乙醇；丙酮丁醇梭菌种子液接种后第0-48h再接种酿酒酵母种子液，接种量为5％-10％；厌氧发酵温度为30-37o C，厌氧发酵时间为24-108h。

木薯发酵培养基中木薯浓度为75-275g/L，木薯发酵培养基补加的氮源或磷源选自以下之一或者其混合：玉米浆、玉米粉、麸皮、米糠、酵母粉、蛋白胨、鱼粉、豆饼粉、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；氮源和磷源的添加量为木薯用量的0％-20％。

所述培养成熟的丙酮丁醇梭菌种子液，是将保存的丙酮丁醇梭菌孢子悬液热激处理后，迅速冷却，接种于丙酮丁醇梭菌种子培养基，进行种子培养；培养温度为30-37o C，培养时间为12-36h。

所述培养成熟的酿酒酵母种子液，是将酿酒酵母菌种接种于酿酒酵母种子培养基中，进行种子培养，培养温度为30-37℃，培养时间为12-36h。

丙酮丁醇梭菌种子培养基优选为玉米醪，酿酒酵母种子培养基优选为YPD培养基。

本发明的有益效果如下：

(1)本发明以木薯为碳源，添加氮磷源后，经过调浆、灭菌配制成木薯发酵培养基，一方面，可以利用丙酮丁醇梭菌产生淀粉酶和糖化酶对木薯发酵培养基中的淀粉进行糖化，得到可发酵性糖，从而避免使用商业淀粉酶和糖化酶带来的高昂成本。

另一方面，木薯中的淀粉可以被丙酮丁醇梭菌的淀粉酶和糖化酶酶解为可发酵性糖，丙酮丁醇梭菌进一步将可发酵性糖转化为总溶剂(丙酮、丁醇和乙醇)，但是单独采用丙酮丁醇梭菌发酵存在总溶剂得率较低的问题；而单独采用酿酒酵母存在不能直接利用木薯淀粉的问题，木薯淀粉必须先被丙酮丁醇梭菌的淀粉酶和糖化酶酶解为可发酵性糖才可以被酿酒酵母利用合成乙醇，本申请将培养成熟的丙酮丁醇梭菌种子液和酿酒酵母种子液先后接种于木薯发酵培养基，进行厌氧混菌发酵生产丙酮、丁醇和乙醇，乙醇得率较高，提高总溶剂对木薯淀粉的得率，避免了单独丙酮丁醇梭菌或单独酿酒酵母发酵的问题。

(2)本发明使用木薯原料进行丙酮、丁醇和乙醇的发酵法生产，实现非粮作物发酵生产丙酮、丁醇和乙醇，对非粮作物液体生物燃料生产研究有重要意义。

具体实施方式：

以下是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。