[发明专利]一种木质素生物资源化利用的方法

说明书

本发明公开了一种木质素生物资源化利用的方法，采用本方法可以将木质素作为发酵辅助底物，通过连续高密度培养，真菌复合菌群可将木质素降解为乙酸、香草醛、愈创木酚、藜芦醇和酚类化合物等物质。本发明可应用于真菌复合菌群及其活性物质的大规模高效率生产。通过优化真菌复合菌群培养条件和培养基成分，提高木质素的生物降解率和转化效率，从而使木质素降解率不低于40％，降解产物浓度为10‑100mg/L。为木质素的生物降解和转换提供一种高效资源化利用的方法。

技术领域

本发明涉及一种通过高密度培养微生物复合菌群实现资源化利用木质素的方法，属于生物化工领域。

背景技术

由于人类社会的高度发展和现代化，对有限的化石能源需求正在逐步增加，并且带给环境的负担越来越大，为了达到可持续发展和保护环境的目的，所以需要一种可持续再生的能源替代目前社会高度依赖的化石能源。

木质纤维素可以来源于稻草、秸秆和小麦等植物，是地球上最丰富的可再生生物质，一直以来被视为生产燃油和高附加值产物的代替物。木质纤维素由纤维素，半纤维素和木质素组成，其中纤维素含量最高，其次是木质素，约占木质纤维素干重的15％-30％。木质素的主要作用是用于维持细胞壁的硬度，在避免周围环境入侵的同时运输营养物质和水。目前木质素的利用存在下述3个问题：1.难以从木质纤维素中分离出高纯度和高产量的木质素；2.对木质素缺乏有效的表征；3.木质素降解小分子物质具有高活性，容易重聚，得到高度浓缩的木质素难以定向转化。

木质素主要是由三个苯基丙烷单元(芥子醇，松柏醇和对香豆醇)或其衍生物通过醚键和碳碳键形成的三维网状无定形分子结构。木质素作为世界上第二大可再生聚合化合物，通过化学和生物等方法可以将木质素转化为一些高值化学品和烃类液体燃料，在一定程度上缓解了当今社会的能源危机和环境问题。化学法处理木质素多是使用强酸或强碱，在一定程度上可以降解木质素，但是由于这些处理后生成的小分子化合物具有高度活性，会进一步发生重聚反应，不利于选择性转化为其它高值化合物。其次通过强酸、强碱等化学方法降解木质素的成本较高，并且具有较高的腐蚀性，不具有经济性，因此不适合作为首选方法处理木质素。相比于化学法处理木质素，生物法处理木质素具有成本低，环境友好、专一性等特点，并且对微生物生长起抑制作用的物质较少，虽然处理时间相对较长，但具有较高的降解和转化效率。

目前，在自然界中发现了很多可以降解木质素的微生物，在这些微生物中漆酶，锰过氧化物酶或木质素过氧化物酶对木质素降解起着主要作用。虽然有许多文献报道利用分泌上述三种木质素降解酶的微生物来降解木质素，但其中大多数研究主要集中在单一微生物或单一酶降解木质素，其降解能力有限，降解途径固定，并且转化生成的产物比较单一，造成降解效果不佳，且不适合于大规模的推广。因此，亟待一种高效降解、利用和转化木质素的方法以实现木质素资源化利用。目前关于混合培养微生物降解木质素的研究和应用很少，如能通过多种微生物混合培养，在共生协同作用下高效降解和利用木质素，生成高附加值产物，如甲苯，二甲苯等，则不仅仅是在资源、经济上实现合理利用，同时在环境改善方面也具有重大意义，并且混合微生物降解木质素的途径多样，终产物不再单一，能够充分有效的利用和转化木质素。因此通过微生物混合培养降解木质素生成化学品具有很高的实用价值和社会意义。

发明内容

本发明针对目前木质素降解效率低下，资源化利用不合理而导致的环境污染和资源浪费等问题，提供了一种培养复合真菌菌群实现降解和利用木质素的方法。通过优化复合菌群培养条件和培养基配方，合理配备不同微生物比例和木质素添加量，可高效分泌木质素降解酶，有效地提高了木质素的生物降解率和利用效率。

本发明是通过下述技术方案来实现的。

一种木质素生物资源化利用的方法，包括如下步骤：

按照体积占比为10～50％将不同真菌或其复合菌群在培养基中进行混合培养，按照木质素在培养基中的体积比为0.1～1.0％加入到培养基中，控制生物反应器转速、培养液温度、pH和通气量，进行高密度连续混合培养。