[发明专利]以农业废弃物为原料发酵生产微生物油脂的方法

说明书

技术领域

本发明属于生物化工领域，特别涉及一种微生物利用农业废弃物(农作物秸秆、蔗渣和玉米芯)半纤维素水解液发酵生产微生物油脂的方法。

背景技术

生物柴油是一种以动植物油脂为原料生产的能够替代化石柴油的绿色可再生能源，在石油能源替代战略中具有十分重要的地位。目前生物柴油的工业化生产主要以大豆油、菜籽油以及废油脂为原料。我国人多地少，以食用油为原料生产生物柴油不符合国情，而废油脂的数量有限，无法满足现代经济社会对能源的巨大需求。微生物油脂，又称单细胞油脂，是微生物生命活动中的一种代谢产物。某些微生物如酵母、霉菌、微藻、细菌能够积累大量油脂，有的菌体中油脂含量甚至达到干菌丝体的70％以上。这些油脂与一般植物油脂有类似的脂肪酸组成，因此是一种具有巨大潜力的新型生物柴油生产原料。与动植物油脂相比，用微生物生产油脂具有如下优点：生长周期短，占地面积小，不受场地、气候和季节限制，能连续大规模生产。但传统的油脂发酵以葡萄糖等为碳源，成本过高，限制了其在生物柴油生产中的应用。利用各种工农业废弃物，如农作物秸秆、食品工业和造纸行业废水等发酵生产油脂，既可大大降低微生物油脂的生产成本，又有利于环境保护。

木质纤维素是地球上最丰富的可再生资源，其主要成分为纤维素、半纤维素和木质素。目前，纤维素和木质素均可找到有效利用的途径，而半纤维素尚未得以有效利用。我国是一个农业大国，各种农业废弃物，如农作物秸秆、蔗渣等数量巨大，仅农作物秸秆每年就达7亿吨以上。过去，这部分木质纤维素资源经常被废弃或低值化利用，如农作物秸秆经焚烧后用于农田堆肥，但焚烧过程中产生的黑烟会污染环境。近年来，虽然众多研究表明可利用秸秆或蔗渣来生产燃料乙醇等，但实际上被利用的主要是纤维素成分。相似的，不少利用木质纤维素为原料产油脂的研究也是主要利用其纤维素成分，而对于半纤维素成分，却往往不能高效利用。半纤维素的主要组分是木聚糖，水解后可得到木糖、葡萄糖和阿拉伯糖等，且以木糖为主，而自然界中很少微生物能够利用木糖。利用一些特殊的微生物能够以木糖为碳源和能源积累油脂的特性，如发酵性丝孢酵母(Trichosporon fermentans)，以农业废弃物半纤维素水解液为原料发酵生产油脂，可大大降低微生物油脂的生产成本，实现农业废弃物中半纤维素资源的高值化利用，并有利于改善目前能源短缺和环境恶化的状况。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术存在的不足，提供一种以农业废弃物为原料，高效利用半纤维素发酵生产微生物油脂的方法。

本发明以廉价的农业废弃物为原料，用稀酸将其水解，水解液经解毒预处理并浓缩后，添加少量的氮源与微量元素，经产油微生物转化获取油脂。本方法将显著降低微生物油脂的生产成本，实现农业废弃物半纤维素资源的高值化利用。

本发明目的通过如下技术方案实现：

以农业废弃物为原料发酵生产微生物油脂的方法，包括如下步骤和工艺条件：

(1)半纤维素的水解：将农业废弃物粉碎至20-100目，按照农业废弃物与水解酸溶液的固液比为1g∶10-20mL加入水解酸溶液，于110-140℃下水解1-3h得到半纤维素水解液；

(2)解毒预处理：包括Ca(OH)₂处理和吸附处理；

Ca(OH)₂处理：向水解液中加入Ca(OH)₂粉末，调节其pH至10.0-12.0，保持1-1.5h后，过滤，用酸将滤液pH调节为5.5-6.0，静置1-2h，离心10-20min除去沉淀；

吸附处理选自步骤a、b和c吸附中的一种：

a.活性炭吸附：按照活性炭与Ca(OH)₂处理所得水解液固液比1g∶5-10mL加入活性炭，在30-40℃下搅拌处理1-2h后过滤除去活性炭；

b.离子交换树脂吸附：按照离子交换树脂与Ca(OH)₂处理所得水解液固液比1g∶5-10mL加入离子交换树脂，在30-40℃下搅拌处理1-2h后过滤除去离子交换树脂；

c.大孔树脂吸附：按照大孔树脂与Ca(OH)₂处理所得水解液固液比1g∶5-10mL加入大孔树脂，在30-40℃下搅拌处理1-2h后过滤除去大孔树脂；