[发明专利]一种生产生物丁醇的方法

说明书

技术领域

本发明涉及发酵技术领域，具体地涉及一种生产生物丁醇的方法。

背景技术

丙酮、丁醇、乙醇统称为丙丁总溶剂，是医药、农药、塑料、油漆、国防及轻工业的重要的化工材料单体。丁醇广泛用于各种塑料和橡胶制品的生产。此外，丁醇作为替代汽油的生物燃料也得到国际上很大的重视。与乙醇相比，丁醇能与汽油以更高的比例混和，更适合在现有的燃料供应和分销系统中使用。在制药工业中，特别是在青霉素等抗生素的提炼过程中必须大量使用丁醇而得到丁酯类溶剂。丁醇可由石油化工合成技术取得，但在只要工业中优先采用由生物发酵生产的丁醇。与石油燃料相比，生物丁醇的经济性更高，能提高车辆的燃油效率和行驶里程；而且生物丁醇产生是以可再生资源为原料，具有显著的环境效益。丙酮在工业上主要作为溶剂用于炸药、塑料、橡胶、纤维、制革、油脂、喷漆等行业中，也可作为合成烯酮、醋酐、碘仿、聚异戊二烯橡胶、甲基丙烯酸、甲酯、氯仿、环氧树脂等物质的重要原料。

丙酮、丁醇的生产方法有生物法和化学法。我国最早是利用丙丁菌对玉米进行发酵生产，二十世纪九十年代中期，由于石油价格低廉，以石油为原料生产丙丁总溶剂的工艺逐渐取代了生物发酵法。化学法生产丁醇的原材料为石化下游产品丙烯，而丙烯主要来自于石油炼化产品。预计到2010年，中国对丙烯的当量需求将达到1905万吨，供需缺口将达到825万吨；对于丁醇供需矛盾则更为十分突出，进口量占消费量的50％以上：2005年中国丁醇产量24万吨，进口29万吨。

进入二十一世纪，随着世界经济的发展，对石油的需求迅速扩大，石油作为战略物资和不可再生的能源，其价格不断上涨，带动丙酮、丁醇的价格上升，使生物发酵法生产丙丁总溶剂重新具有了市场竞争优势，其经济效益可观，发展前景良好。世界上许多化学公司已经开始进行重大的战略转向，用生物资源代替石油资源，用生物技术路线取代化学技术路线进行生物燃料及化学品的生产。而传统发酵法生产丙酮、丁醇其技术水平相对落后，发酵液中溶剂含量18-20g/L；丁醇在溶剂中的比例低，约为60％。这使得发酵法生产丁醇的成本高于化学法的成本，然而现代生物技术的发展使降低发酵法生产丁醇的成本成为可能。

近年来，国内对丙酮丁醇发酵的研究很多，主要围绕着菌种诱变、发酵工艺条件优化、溶剂提取等方面进行研究。1995年颜叙秀报道利用紫外诱变丙酮丁醇梭菌提高代谢产物；1999年马光庭等进行了对糖蜜发酵生产丙酮丁醇菌种筛选及对小试发酵条件的选择进行了研究；1996焦瑞身等对高丁醇比丙酮丁醇梭菌进行选育，他们通过化学试剂诱变，实现总溶剂在20g/L左右，丁醇产量为总溶剂的70％；2001年，县永平对丙酮丁醇梭菌固定化技术进行了研究；1998年，陈守文等研究了稻草酶法水解液的丙酮丁醇发酵，研究将纤维资源用于丙酮丁醇发酵。国外对丙酮丁醇发酵的研究主要包括通过传统诱变和利用基因工程的手段提高菌株的代谢性能；采用新型的提取工艺解除底物对菌体的毒害作用。比较有代表性的是美国Illinois大学所做的工作。他们用膜渗透汽化与发酵耦联进行ABE发酵的研究、利用gas-stripping和发酵耦联工艺进行ABE发酵的研究。2005年，美国专利US2005/0089979A1报道了利用gas-stripping和连续发酵耦联来生产丙酮丁醇，这些实验一般在1L罐的水平上，而且采用的原料多为葡萄糖，并且丁醇比停留在60-70％之间。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于开发一条全新的利用农副产品或其下脚料为原料生物法生产丙酮、丁醇的工艺。以农副产品下脚料来做生物丁醇，避免了与人争粮，与地争粮，同时提高了农副产品下脚料的附加值。

本发明所要解决的技术问题可以通过以下方案来实现：

本发明根据丙酮、丁醇生产菌的特点，以农副产品或其下脚料，如红薯渣，马铃薯渣、甘蔗渣、木薯渣为原料生物法生产丙酮丁醇的新工艺。该工艺包括如下工艺单元：原料的预处理工艺，主要是薯渣的生物催化剂预处理；发酵工艺优化，主要是培养基碳氮比的优化；发酵液废醪的回用发酵。

本发明公开了一种生产生物丁醇的方法，包括原料的预处理和发酵步骤，其特征在于所述原料的预处理步骤为对农副产品或其下脚料原料进行酶催化预处理，其中所述酶为淀粉酶和/或纤维素酶。

在实施方式里，所述农副产品或其下脚料为马铃薯、木薯、红薯、高粱、红薯渣，马铃薯渣、甘蔗渣、或木薯渣中之一或它们的任何组合，其中优选为红薯渣。