[发明专利]一种利用秸秆资源制备微生物油脂的方法

说明书

本发明适用于木质纤维素资源转化利用及生物炼制技术领域，提供一种利用秸秆资源制备微生物油脂的方法，该方法包括：持续流加补料对预处理秸秆进行高固相酶水解，使最终水解液糖浓度达到300g/L以上；通过两次定量水洗，实现中浓度和低浓度糖液的定向制备，降低了工艺过程中对过滤或离心设备性能的要求，实现了高、中、低三种浓度糖液与补料批式发酵相契合，在补料批式油脂发酵中实现了高效组合利用。此外，高固相酶水解会产生约占总糖质量10～20％左右的可溶性寡糖，这些寡糖可以作为强诱导剂，诱导产酶真菌生产大量的纤维素酶用于高固液比酶水解，从而实现了纤维素酶的自产自用，显著降低了酶成本。

技术领域

本发明属于木质纤维素资源转化利用及生物炼制技术领域，尤其涉及一种利用秸秆资源制备微生物油脂的方法。

背景技术

随着煤炭、石油和天然气的日益枯竭，环境污染的日趋严重，有关燃料乙醇及生物柴油等清洁可再生能源的研究开始兴起。木质纤维类生物质由于其储量丰富、成本低廉、分布广泛等诸多优点，被认为是制备生物能源的重要原料之一。其中农作物秸秆就是一类典型的木质纤维素类生物质，将秸秆资源转化为微生物油脂，可以为生物柴油的生产提供稳定且廉价的原料。简单来说，木质纤维素转化制微生物油脂的一般步骤为：粉碎—预处理—酶水解—油脂发酵—油脂提取。虽然木质纤维素制油脂已经被广泛地研究，但目前仍没有成套技术被大规模商业化应用。当前木质纤维类生物质制微生物油脂仍然存在着预处理、酶水解及发酵成本较高的问题。

木质纤维类生物质预处理是通过物理作用或化学试剂，或者是两者协同作用，使木质纤维素的天然结构发生改变，木质素及半纤维素等阻碍酶水解的结构被部分溶解或解聚，并降低纤维素及半纤维素的聚合度，便于后续的酶水解。但就目前而言，生物质的预处理技术依然存在着一些尚未克服的缺点，例如处理成本过高、碳水化物损失、产生的抑制剂和预处理介质毒性较大对后续酶解及发酵过程产生负面影响。

酶水解是指将木质纤维素中的糖类高聚物水解成可发酵性糖的过程，需借助纤维素酶来进行水解。在木质纤维素的生物转化过程中，生物质的酶解糖化过程十分重要。而在酶解过程中，体系的固体含量又是影响整个过程经济可行性的重要因素。常规生物质转化工艺中，固体含量一般较低，导致水解液糖浓度低，设备利用率低，废水排放量大，资金成本较高。

对于油脂发酵过程而言，一般涉及到种子培养基与发酵培养基两种培养基，这两种培养液由于其功能不同，因此在浓度及营养成分上有着较大差异。通常种子培养基所要求的糖浓度较低，一般15～25g/L即可；而发酵培养基对糖的浓度要求稍高一些，但不宜超过100g/L。为了提高发酵效率，发酵过程中一般会采用高密度发酵方式，需要尽可能地控制补料过程中发酵液的体积，对补料液的糖浓度的要求也相对较高，由此可见，有必要制备出高浓度的糖液，但是目前在不影响酶水解前提下，制备出高浓度的糖液也是个难题。

因此，目前木质纤维素转化制微生物油脂工艺中，木质纤维素制备高浓度糖液得率低，发酵效率不高，而且工艺中所需的纤维素酶采用商品酶，种子培养基与发酵培养是采用商品原料进行配制，需要分三次来分别生产种子培养基、发酵培养基和高浓度补料液这三种不同浓度要求的糖液，现有方式显然不够经济，会明显提高工艺成本。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种利用秸秆资源制备微生物油脂的方法，旨在解决现有工艺方法发酵效率低、成本高的技术问题。

本发明采用如下技术方案：

所述利用秸秆资源制备微生物油脂的方法，包括下述步骤：

步骤S1、预处理秸秆；

步骤S2、取一定量预处理秸秆置入酶解反应器中并加入纤维素酶，调整初始固液比启动酶水解，将纤维素酶液均匀地喷洒于预处理的秸秆中并充分混合得到含酶秸秆，然后采用流加补料的方式，以一定速率持续地将含酶秸秆补加至酶解反应器中，至固液比达到目标值，酶水解一段时间后结束；