[发明专利]一种利用淀粉类原料生产2,3-丁二醇的方法

摘要

本发明公开了一种利用淀粉类原料生产2，3-丁二醇的方法，是将淀粉类原料经过α-淀粉酶和糖化酶处理，以糖化液或者液化液作为发酵底物，用肺炎克雷伯氏菌作为发酵菌株，在无菌条件下通过分步糖化发酵或者同步糖化发酵来生产2，3-丁二醇。最终2，3-丁二醇的浓度达到43～112g/L，乙偶姻和2，3-丁二醇的最终浓度达到45～121g/L。本发明的优点是：利用淀粉类原料发酵生产高值平台化合物2，3-丁二醇，可降低发酵生产2，3-丁二醇的原料成本；建立了淀粉类原料糖化发酵生产2，3-丁二醇的最佳发酵条件；本发明的同步糖化发酵生产2，3-丁二醇可以节约能耗，节省设备投资，缩短发酵周期，提高生产效率。

主权项

1.一种利用淀粉类原料生产2，3-丁二醇的方法，其特征在于包括如下步骤：(1)淀粉类原料处理及分步糖化发酵培养基的制备：以水与淀粉类原料质量比为1～6∶1的比例将淀粉类原料加入自来水中混匀成淀粉浆；调节淀粉浆pH值在5.5～8.0，向淀粉浆中加入α-淀粉酶，α-淀粉酶加酶量为1～10U/g淀粉干重，在90～110℃条件下，液化0.5～4小时，得到淀粉液化液；将淀粉液化液pH值调节在3.5～6.0后加入糖化酶，糖化酶的添加量为100～1000U/g淀粉干重，在50～70℃条件下糖化0.5～6小时，得到淀粉糖化液，其葡萄糖浓度范围为60～510g/L；将糖化液115℃灭菌20min，冷却后作为碳源，用于制备进行分步糖化发酵的发酵培养基；适于进行分步糖化分批发酵的发酵培养基，配方是：碳源为淀粉糖化液，其用量以其含葡萄糖量计为100～120g/L，(NH4)2SO4 16g/L，K2HPO4·3H2O 4g/L，KH2PO4 4g/L，NaCl 2g/L，CaCl2 0.4g/L，MgSO4·7H2O 0.4g/L，ZnSO4·7H2O 0.4g/L，乙酸钾4g/L，柠檬酸三钠4g/L；pH值调至6.0～7.0；适于进行分步糖化补料分批发酵的发酵培养基，配方是：碳源为淀粉糖化液，其用量以其含葡萄糖量计为40～60g/L，(NH4)2SO4 16g/L，K2HPO4·3H2O 4g/L，KH2PO4 4g/L，NaCl 2g/L，CaCl2 0.4g/L，MgSO4·7H2O 0.4g/L，ZnSO4·7H2O 0.4g/L，乙酸钾4g/L，柠檬酸三钠4g/L；pH值调至6.0～7.0；上述淀粉类原料为玉米粉、玉米淀粉、木薯粉、木薯淀粉、土豆粉、土豆淀粉、红薯干粉中的一种或几种任意重量比例混合物；(2)5升发酵罐分步糖化发酵生产2，3-丁二醇：以体积比5～10％的接种量，将制备的肺炎克雷伯氏菌(Klebsiella pneumoniae)SDMCCTCC M 208097或者肺炎克雷伯氏菌(Klebsiella pneumoniae)CICC 10011或者肺炎克雷伯氏菌(Klebsiella pneumoniae)ATCC 8724种子液接种到装有2～4升分步糖化发酵培养基的5升发酵罐中，以发酵温度为30～40℃，搅拌转速为200～500rpm，通气量0.5～1.5vvm实施发酵；发酵过程中，通过发酵罐关联控制蠕动泵流加4～6M的KOH或3～6M的H3PO4来调节pH值，使之控制在pH 5.5～6.5；并每隔3～4小时取样测定发酵液中的葡萄糖含量和2，3-丁二醇浓度；若进行分步糖化分批发酵，当2，3-丁二醇浓度不再上升时，结束发酵，取发酵液分离、提取2，3-丁二醇；若进行分步糖化补料分批发酵，当检测葡萄糖浓度降到15～20g/L时，补加上述灭菌的淀粉糖化液，保持发酵液中葡萄糖浓度在15～60g/L，当测得葡萄糖消耗速率低于2g/(L·h)时，停止补加淀粉糖化液，待2，3-丁二醇浓度不再上升时，结束发酵，取发酵液分离、提取2，3-丁二醇；或者：(1)淀粉类原料处理及同步糖化发酵培养基的制备：以水与淀粉类原料质量比为1～6∶1的比例将淀粉类原料加入自来水中混匀成淀粉浆；调节淀粉浆pH值在5.5～8.0，向淀粉浆中加入α-淀粉酶，α-淀粉酶加酶量为1～10U/g淀粉干重，在90～110℃条件下，液化0.5～4小时，得到淀粉液化液；将淀粉液化液115℃灭菌20min，冷却后作为碳源，用于制备进行同步糖化发酵的发酵培养基；适于进行同步糖化分批发酵的发酵培养基，配方是：碳源为淀粉液化液，其用量为250～600mL/L，(NH4)2SO4 16g/L，K2HPO4·3H2O 4g/L，KH2PO4 4g/L，NaCl 2g/L，CaCl20.4g/L，MgSO4·7H2O 0.4g/L，ZnSO4·7H2O 0.4g/L，乙酸钾4g/L，柠檬酸三钠4g/L；pH值调至6.0～7.0；适于进行同步糖化补料分批发酵的发酵培养基，配方是：碳源为淀粉液化液，其用量为100～300mL/L，(NH4)2SO4 16g/L，K2HPO4·3H2O 4g/L，KH2PO4 4g/L，NaCl 2g/L，CaCl2 0.4g/L，MgSO4·7H2O 0.4g/L，ZnSO4·7H2O 0.4g/L，乙酸钾4g/L，柠檬酸三钠4g/L；pH值调至6.0～7.0；上述淀粉类原料为玉米粉、玉米淀粉、木薯粉、木薯淀粉、土豆粉、土豆淀粉、红薯干粉中的一种或几种任意重量比例混合物；(2)5升发酵罐同步糖化发酵生产2，3-丁二醇：以体积比5～10％的接种量，将制备的肺炎克雷伯氏菌(Klebsiella pneumoniae)SDMCCTCC M 208097或者肺炎克雷伯氏菌(Klebsiella pneumoniae)CICC 10011或者肺炎克雷伯氏菌(Klebsiella pneumoniae)ATCC 8724种子液接种到装有2～4升同步糖化发酵培养基的5升发酵罐中，同时补加过滤除菌的糖化酶，糖化酶的添加量为100～1000U/g淀粉干重；以发酵温度为30～40℃，搅拌转速为200～500rpm，通气量0.5～1.5vvm实施发酵；发酵过程中，通过发酵罐关联控制蠕动泵流加4～6M的KOH或3～6M的H3PO4来调节pH值，使之控制在pH 5.5～6.5；并每隔3～4小时取样测定发酵液中的葡萄糖含量和2，3-丁二醇浓度；若进行同步糖化分批发酵，当检测葡萄糖浓度降到15～20g/L时，加入过滤除菌的糖化酶，糖化酶的添加量为100～500U/g淀粉干重，使发酵液中葡萄糖浓度在15～40g/L，当加入糖化酶后葡萄糖浓度不再增加时，停止补加糖化酶；待葡萄糖耗完，2，3-丁二醇浓度不再上升时，结束发酵，取发酵液分离、提取2，3-丁二醇；若进行同步糖化补料分批发酵，当检测葡萄糖浓度降到15～20g/L时，补加200～800mL灭菌的淀粉液化液并加入过滤除菌的糖化酶，糖化酶的添加量为100～500U/g淀粉干重，以保持发酵液中葡萄糖浓度在15～60g/L，当测得葡萄糖消耗速率低于2g/(L·h)时，停止补加淀粉液化液和糖化酶，待2，3-丁二醇浓度不再上升时，结束发酵，取发酵液分离、提取2，3-丁二醇。