[发明专利]一株梭菌及利用其制备生物丁醇的方法

说明书

本发明属于生物能源生产技术领域，公开了一株梭菌及利用其制备生物丁醇的方法。该梭菌保藏于广东省微生物菌种保藏中心，其保藏编号为GDMCC No:61493。该制备生物丁醇的方法是采用丁酸水解海藻，结合本发明提供的梭菌进行发酵，其中该梭菌能够耐受高浓度丁酸，并将丁酸和糖类转化为丁醇，底物转化率高，丁醇产率高，产生的副产物量少，利用丁醇的纯化；本发明提供的方法能够避免强酸的使用，水解条件温和，无需特殊的耐酸容器，生产成本低；且该方法操作简单，危险性低，可持续性强。

技术领域

本发明属于生物能源生产技术领域，具体涉及一株梭菌及利用其制备生物丁醇的方法。

背景技术

现阶段，由于化石资源的日益枯竭及其燃料造成的温室气体排放的问题，全世界正极力寻找并建立可以帮助减少碳排放的可再生和可持续能源体系，并以此来平衡环境和经济之间的矛盾。不同于风力、太阳等其他新资源，生物质能是唯一可用于转化固体，液体和气体等不同类型生物燃料的可再生资源，其主要能够通过光合作用将太阳能转变为化学能的形式进行存储，因此具有许多环境优势如丰富的碳储量和可再生性。而在众多可转化的生物燃料中，生物丁醇因其燃烧值高、腐蚀性小、不易吸水、挥发性低且便于管道运输等优点，成为了未来理想的生物燃料燃油替代品。

目前，生产正丁醇最常用的方法是基于石油来源进行羰基化学合成法，但是石油原料的缺点限制了丁醇的可持续性能力，因此许多研究开始关注利用微生物转化合成生物丁醇的方法。依据所涉及的生物质类型不同，生物质能的发展已经历经三代，分别包括以粮食作物为主（小麦和玉米等）的第一代生物质能，以木质纤维素为主（木材和农业废料等）的第二代生物质能和以海洋藻类（大型藻类等）为主的第三代生物质能。与前两代生物质相比，海藻生物质一方面不作为人类的主要粮食资源，不会出现“与粮竞争”的问题，另外海洋占据地球表面的七成以上的面积，这使得可持续收获大量藻类作为能源转化材料成为可能。此外，大多数藻类生物质中都几乎没有木质素，相比木质纤维素类生物质可进一步降低了预处理成本，而且藻细胞中富含以琼脂，卡拉胶、木聚糖、水溶性硫酸化半乳聚糖等组成的多糖类碳水化合物，可以通过合适的处理手段即可释放大量可供微生物利用的寡糖甚至是单糖物质。

在众多生物质前处理方法中，酸水解是生物质水解研究中使用最广泛的方法之一，与其他水解方法相比，该方法成本效益较高，消耗的能量相对较低，且反应时间短，糖产量高。而在酸水解法中，虽然利用硫酸、盐酸等稀强酸水解的方法相对高效，但却有以下几方面缺陷：（1）强酸水解条件的不断变化不仅会影响还原糖的产量，还会产生对微生物有毒害作用的副产物，如5-羟甲基糠醛、糠醛、乙酰丙酸和甲酸，而且水解过程中产生的酸根离子无法被利用，也可能影响后续发酵过程。（2）强酸本身具有一定的毒性，腐蚀性以及操作方面的危险性，对反应器建造需求高，必须使用耐酸材料，这也进一步增加了生产成本，而且后续排放问题也容易对环境产生了负面影响。

因此，亟需提供一种不采用强酸水解，水解条件温和的制备生物丁醇的方法。

发明内容

本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一株梭菌，利用其制备生物丁醇，能够不使用强酸，水解条件温和，生产成本低。

为了实现上述的目的，采用如下的技术方案：

本发明构思：本发明采用丁酸水解海藻，水解过程中由丁酸提供的氢离子，结合高温高压的作用有效地破坏海藻的细胞壁，释放出可供本发明提供的梭菌利用的糖类；且所述梭菌能够耐受高浓度丁酸，并将丁酸和糖类转化为丁醇。本发明提供的梭菌，以及制备生物丁醇的方法能够避免强酸的使用，水解条件温和，生产成本低，丁醇产率高。

一株梭菌，其命名为Clostridium sp.WK，保藏于广东省微生物菌种保藏中心，保藏编号为GDMCC No:61493，保藏时间为2021年2月1日，保藏单位地址为广州市先烈中路100号大院59号楼5楼。