[发明专利]一种以秸秆为原料添加硫代硫酸钠发酵生产丁醇的方法

说明书

本发明提供了一种以秸秆为原料添加硫代硫酸钠发酵生产丁醇的方法，在丁醇发酵过程中向秸秆水解液中添加硫代硫酸钠即可克服发酵抑制物对丁醇发酵的不利影响，而不需要进行专门的秸秆水解液脱毒处理，并且硫代硫酸钠廉价易得，解决了现有以秸秆纤维素原料水解物为底物发酵需要进行脱毒处理去除发酵抑制物带来的工艺复杂、成本高的问题，在简化工艺，降低了成本的同时，有效提高了丁醇产率，有利于利用秸秆发酵生产丁醇的产业化发展。

技术领域

本发明属于丁醇生产领域，涉及一种以秸秆为原料添加硫代硫酸钠发酵生产丁醇的方法。

背景技术

丁醇是国际能源署认定的第二代生物燃料，作为车用燃油具有以下突出的优势：①丁醇热值比乙醇高25％，与汽油相当；②丁醇的燃点高于乙醇，使用更安全；③与乙醇相比，丁醇更易溶于汽油和柴油，而不易溶于水；④丁醇腐蚀性小，易于管道运输，可直接应用于汽车而不必改造现有发动机。鉴于以上优势，美国杜邦公司和英国石油公司已经联合投资开展了对于生物丁醇的研发工作。

鉴于粮食安全问题，以农林废弃物等木质纤维素为原料的第二代生物质液体燃料生产技术成为了目前研究的热点。丁醇生产菌不能直接利用纤维素，必须先通过预处理将纤维素原料水解成单糖等可发酵性糖。现有技术获得的纤维素水解液中总糖的浓度一般在50g/L～90g/L之间，如果直接用于生产燃料乙醇，则产物乙醇浓度过低，蒸馏成本过高，如果用浓缩的水解液生产燃料乙醇，则能量投入过高，投入产出不平衡。而这样的糖浓度正是丁醇发酵适宜的底物浓度，丁醇生产菌可以直接利用未经浓缩的纤维素水解液发酵。另外，丁醇生产菌可以代谢纤维素水解液中的五碳糖和六碳糖，与乙醇发酵酵母只能代谢纤维素水解液中的六碳糖相比，大大提高了纤维素的利用效率。综上所述，丁醇发酵特点和底物范围决定了以价廉、易得的纤维素生产丁醇具有巨大潜力。

现有利用秸秆生产丁醇的方法还存在一些较为关键而未能解决的难题。秸秆类生物质在发酵前需要进行预处理、水解，生成葡萄糖、木糖等可发酵性糖，但现有预处理、水解方法都不可避免地使木质纤维素发生部分降解，从而产生大量盐类、酸类、醛类、酚类等发酵抑制物，使发酵难以正常进行，或使发酵所得丁醇产率很低。因此，以秸秆等纤维素原料水解物为底物发酵前需要进行复杂脱毒处理，或选育、改造出抑制物耐受菌株。目前常用的脱毒方法有物理法、化学法和生物法。实际应用中单一方法常难以满足发酵需求，通常是各种方法综合利用，这样不但使生产工艺复杂化，而且明显增加了生产成本。而针对单一原料和水解工艺来源的抑制物获得的耐受菌株，对不同原料、不同预处理工艺产生的抑制物的耐受性及重组菌株的稳定性还有待评估。这些问题都限制了利用秸秆生产丁醇的产业化发展。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种以秸秆为原料添加硫代硫酸钠发酵生产丁醇的方法，解决现有以秸秆水解物为底物发酵生产丁醇需要进行复杂的脱毒处理的问题，简化丁醇生产工艺，降低丁醇生产成本，同时提高丁醇的产率。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明通过将廉价易得的添加物硫代硫酸钠(Na₂S₂O₃)加入秸秆水解液来进行丁醇发酵，能简单、快速和高产率地生成丁醇，避免了复杂、高成本的秸秆水解液脱毒流程。

本发明提供的以秸秆为原料添加硫代硫酸钠发酵生产丁醇的方法，包括以下步骤：

(1)采用纤维素酶和木聚糖酶对预处理后的秸秆进行酶水解，过滤除去固态物质，得到秸秆水解液；

(2)向秸秆水解液中加入CH₃COO(NH₄)、MgSO₄、KH₂PO₄，调节pH值为7.0，过滤去沉淀，向所得清液中加入豆粕，在氮气气氛下灭菌，得到发酵培养基；