[发明专利]一种提高厌氧细菌产丁醇活性的方法

说明书

一种提高厌氧细菌产丁醇活性的方法，解决现有的产丁醇技术存在底物成本高、产丁醇效率低及副产物含量多的问题。本发明在产丁醇细菌发酵至对数期时，外添一定浓度的丁酸溶液和缓冲剂，混合均匀后在恒定温度的条件下继续振荡培养，得到富含丁醇的发酵液。本发明外添丁酸使发酵底物更多的进入丁醇合成的代谢途径，减少了发酵体系副产物如乙酸、丁酸的生成，大大提高了丁醇产量，强化了发酵液中丁醇所占的比例。丁酸及缓冲剂两种物质同时选择在对数期添加，既能刺激细菌发酵活性又能稳定发酵体系的pH不至于发生酸崩溃现象。本发明不仅提高了丁醇最终产量，还大大提高了丁醇合成速率，在能源和环境领域有重要意义。

技术领域

本发明属于微生物发酵生产清洁能源技术领域，具体涉及到一种提高厌氧细菌产丁醇活性的方法。

背景技术

化石能源的逐年开采和利用，使全球范围内化石能源存储量日益降低，且石油价格的不断增长，造成能源形势异常严峻，环境问题愈演愈烈。随着人口的飞速增长，社会经济的迅猛发展，世界能源需求量日益提高。在能源枯竭和环境恶化的双重压力下，世界各国俱在积极发展可再生和绿色能源来替代传统的化石能源。生物能源是可替代化石燃料的重要清洁能源。丁醇是一种极具潜力的新型生物燃料，与当前流行的生物燃料添加剂乙醇相比，具有热值高于乙醇、低吸湿性、低蒸汽压、不易溶于水、更容易与汽油和柴油燃料相混合等优点。虽然生物丁醇有良好的工业前景，但在丁醇发酵过程中由于丁醇的低产量，低合成速率使其生产力受到严重限制，导致工业化进程缓慢。

为了使丁醇发酵在工业生产上更具有竞争力，必须提高丁醇的生产能力，这也是目前国内外发酵法生产丁醇的研究热点和难点。丁醇发酵是一个复杂的生物反应过程，在发酵过程中受细胞浓度、产物抑制等因素的影响。为了解决丁醇发酵所面临的上述问题，国内外研究者通过研究新的发酵工艺来提高丙酮-丁醇发酵的生产能力，如使用细胞回流和固定化细胞技术来提高细胞浓度和反应器的效率，以及通过萃取发酵来减弱产物抑制。近年来，随着生物技术的飞速发展，采用分子生物学手段、基因改造技术以及代谢工程来增加丙酮丁醇梭菌发酵丁醇的产量得到了广泛关注。虽然基因改造是最有前途的操作技术，但由于丁醇发酵途径的复杂性，并且发酵过程中基因控制复杂，且不易操作，导致基因工程领域进展缓慢。目前为止，尚没有基因工程菌能适合工业化生产。

丁醇发酵代谢过程已阐明分为产酸期和产溶剂期两个阶段。在发酵初期，随着发酵的进行，产生大量丁酸和乙酸，发酵液pH值迅速下降，称为产酸期。当酸性物质积累到一定浓度，pH降到一定值时发酵液的还原倾向增强，乙酸、丁酸等被还原成丙酮、丁醇等新的产物，从而使pH升高，进入产溶剂期。丁醇，丙酮等溶剂的产生是碳代谢由产酸途径向产溶剂途径的转变，而丁酸作为合成丁醇的必需和有效的前体物质，通过向培养基中添加丁酸或许可作为菌体由产酸期向产溶剂期转化的诱导因子，快速激活产丁醇的代谢途径，促进丁醇合成。另外，在发酵产酸期由于大量有机酸积累，在这个过程中，如果不进行pH值的调节，那么极有可能会导致酸崩溃现象，从而使发酵受抑制而使产率降低。

因此，研究简单、有效的诱导因子丁酸的添加方式及pH的调控策略对促进丁醇合成，提高丁醇转化效率具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术不足，而提出的一种提高厌氧细菌产丁醇活性的方法，关键在于诱导因子丁酸的添加方式及稳定pH的调控策略，为了解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明的一种提高厌氧细菌产丁醇活性的方法，它是按照以下步骤进行的：

一、将产丁醇细菌接种到已灭菌的液体厌氧发酵培养基中，在恒温条件下振荡培养至对数期；

二、待步骤一中细菌生长达到对数期后，将丁酸溶液添加到步骤一发酵体系中，使发酵体系中的丁酸溶液浓度达到0.6～1.5g/L；