[发明专利]一种以甘蔗渣原料发酵生产丁二酸的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种以甘蔗渣原料发酵生产丁二酸的方法，属于生物工程技术领域。

背景技术

甘蔗渣是一种重要的木质纤维类可再生原料，我国是世界上甘蔗种植量第三大的国家，南方是中国主要种植甘蔗的地区，每年甘蔗总产量达到7000多万吨，同时会产生700万吨的甘蔗渣。

甘蔗渣中主要组分为纤维素、半纤维素和木质素。目前甘蔗渣的主要用途是燃烧发电(轻工科技,2013,(11):11-12.)、作为家畜饲料(中国专利申请号94113455.5)、替代传统的木材资源作为造纸和生产高密度材料(中国塑料,2008,(02):57-61)、作为食用菌的培养基(食用菌,1980,(02):12-16)、以及开发生产高附加值产品：如开发生产木糖醇(科技通报,2004,(1):37-41)、阿拉伯糖(氨基酸和生物资源,2009,(1):8-12.)、糠醛(化工科技市场,2001,(11):12-15)。中国专利CN 1060464C公布了用蔗渣碱木质素催化氧化制备丁香醛和香兰素的方法。中国专利CN 103614435A公布了一种从甘蔗渣制备低聚木糖的方法。

丁二酸是工业上一种重要的C4平台化合物，在食品、医药、化学工业以及其他领域都有着广泛的应用。目前文献报道的发酵生产丁二酸研究所用的培养基碳源主要是葡萄糖，开发价格低廉的碳源是降低发酵法生产丁二酸成本的途径之一。巴西Borge等报道用稀硫酸酸解甘蔗渣，得到的糖液作为碳源，用A.succinogenes CIP 106512厌氧摇瓶发酵丁二酸24h，得到丁二酸的浓度最高为22.5g.L^-1(Industrial Microbiology and Biotechnology,2011,38:1001-1011.)。徐蓉等用稀硫酸酸解甘蔗渣，再用纤维素酶水解预处理的残渣，甘蔗渣水解液发酵丁二酸，得到20g.L^-1的丁二酸(化工进展,2013,04:874-877.)。但用这些方法发酵生产的丁二酸，产量较低，增加了后续提取的成本。本发明提供了一种甘蔗渣高效水解和生产高浓度丁二酸的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用廉价甘蔗渣原料发酵生产丁二酸的方法。

所述发酵生产丁二酸的方法，是将甘蔗渣粉碎、稀碱预处理、水解得到的水解糖液作为琥珀酸放线杆菌厌氧发酵丁二酸的碳源，在发酵液中添加4～20g.L^-1的甘蔗渣水解后的残渣(干重)作为菌体细胞的附着载体，反复分批发酵或反复补料分批发酵生产丁二酸。

所述甘蔗渣粉碎、稀碱预处理，在本发明的一种实施方式中，是以榨糖工业废弃物甘蔗渣为原料，将干的甘蔗渣粉碎，过20-40目筛，40-70℃烘干保存，用质量浓度为0.5-5％的NaOH溶液，按固液比1:1-1:15(w/v)，121℃高温预处理甘蔗渣2-4h，过滤水洗得甘蔗渣，45-70℃烘干备用。

所述甘蔗渣粉碎、稀碱预处理，在本发明的一种实施方式中，稀碱预处理甘蔗渣后的残液，用体积比为1:0.5～1:1的氯仿萃取，得到糠醛粗品。

所述水解，在本发明的一种实施方式中，是将预处理的甘蔗渣配成质量浓度为3～10％的溶液，在纤维素酶、木聚糖酶、β-葡聚糖酶和果胶酶的协同作用下水解，水解温度40-70℃，pH调至4.0-6.5，转速100-250r.min^-1，时间24-72h。水解后，经离心得水解糖液，固体烘干即得甘蔗渣水解后的残渣。

所述水解，在本发明的一种实施方式中，纤维素酶、木聚糖酶、β-葡聚糖酶和果胶酶对每克底物的的添加量分别为：10-35FPU.g^-1、50-120U.g^-1、10-80U.g^-1和5-30U.g^-1。

所述甘蔗渣水解后的残渣，在本发明的一种实施方式中，添加量为8～18g.L^-1。

所述反复分批发酵或反复补料分批发酵，在本发明的一种实施方式中，是指采用分批发酵或补料分批发酵的方式生产丁二酸，每一批次结束后，静止，待发酵液中甘蔗渣水解后的残渣下沉至发酵罐底部后，转移上清液，然后往发酵罐中加入新鲜发酵培养基，不需要接种，直接进行下一批次发酵。