[发明专利]两种基于低共熔体系的纤维素液体化制备通用微生物培养基的方法

说明书

本发明提出了基于低共熔体系的纤维素液体化制备微生物培养基的方法，该方法包括：1)将离子液体与纤维素进行第一混合处理，所述离子液体预先进行预热处理；2)将步骤1)所得混合液与蒸馏水进行第二混合处理；3)将步骤2)所得混合液进行过滤处理；4)将步骤3)所得滤液进行蒸馏水定容处理，以获得所述碳源。所述碳源制备的培养基可用于多种微生物的培养，且微生物生长状态较佳。

技术领域

本发明涉及微生物领域，涉及基于低共熔体系的纤维素液体化制备通用微生物培养基的方法，具体地，涉及制备碳源的方法、碳源、新型的微生物培养基及微生物的培养方法。

背景技术

培养基是微生物生长代谢的主要场所，工业生产中所使用的培养基通常被称为发酵培养基或者工业培养基。基本成分一般包括碳源、氮源、无机盐、水分和生长因子，其中碳源是满足微生物生长繁殖所需碳元素的营养源，也是微生物生长需要量最大的营养物。微生物利用的碳源范围及其广泛，在工业培养基中碳源的选择需根据微生物生长特点和生产要求，同时也需考虑到工业培养基在大规模生产中的经济效益与环保要求。近些年来，随着环保产业的不断升级，政策的不断推出，农业废弃物的综合利用再不断加强。其中将富含纤维素的秸秆用做工业培养基的碳源，是一种既符合经济效应，也满足环保要求的策略。

工业中使用的碳源大多以碳水化合物为主，可依据利用优先顺序分为速效碳源和迟效碳源，常见速效碳源就是葡萄糖，而迟效碳源则是玉米淀粉、麸皮、马铃薯等大多数谷物产品和富含淀粉的物质。纤维素相较于这些发酵工业中常使用的碳水化合物，并不能被大多数工业菌株所利用，仅部分具有纤维素降解通路的菌株可将纤维素降解为单糖去利用。而在大规模液体摇瓶发酵中，纤维素因难以在水相和有机相中形成稳定溶液，即便是具有纤维素降解通路的菌株也难在液体摇瓶中进行大量增殖。但纤维素的优点也显而易见，纤维素来源极为广阔，是地球上最古老、最丰富的天然高分子化合物，是人类最宝贵的天然可再生资源，麻、麦秆、稻草、甘蔗渣等农业废弃物都是纤维素的丰富来源。目前在许多发达国家出于对经济效益与环保要求的考量，都在加强对这些农业废弃物中纤维素的利用，部分国家和地区已形成了完整产业，在生物乙醇生产、造纸、塑料加工等方面皆有应用。同时纤维素相较于葡萄糖、淀粉等工业常用碳水化合物，价格成本低，每年在农业生产中都会产生大量的纤维素，若能将其作为工业培养基的廉价碳源，加以充分利用，将会为全球可持续发展做出很大的贡献。

天然纤维素结晶度高，纤维素结构规整，具有致密的晶体结构，大分子葡萄糖基环中带有的醇羟基，会形成键能极强的氢键作用，使纤维素难溶于水等其他常规有机溶剂中，只能溶于碱性或高浓度的无机酸溶液中。这样使得许多工业微生物无法利用纤维素进行生产。纤维素的化学性质比较稳定，在特定条件下纤维素能被氧化、酯化和醚化，在一定程度上也能被酸和酶降解。而通过有效的预处理破坏其结构是其可被众多微生物利用的关键因素。20世纪60年代，由于PF/DMSO溶解能力特别强，人们尝试使用它作为纤维素的良溶剂，但该溶剂有毒且回收较困难，不利于环境保护。NaOH/CS₂体系则是将一定量的 CS₂通入碱处理后的纤维素,形成黄原酸纤维素酯，这种酯可溶于氢氧化钠，此溶解体系工艺过程繁琐，且对环境污染也很大。除此之外，质子酸体系也是溶解纤维素的一种方法,一般用于生产纤维素衍生物，但是由于生产过程中易产生CS₂和氨等有毒残留物质，对环境污染严重，使其发展受到限制。另外，氨基甲酸酯体系是将尿素与NaOH处理后的纤维素混合并加入惰性溶剂，产生氨基甲酸酯，这种方法虽然比较环保，但是过程复杂，且有杂质生成，无法得到广泛应用。近年来，N-甲基吗啉水溶液(NMMO·H₂O)是最具代表的有机溶剂，该体系溶解效率较高，且不会发生降解，但是NMMO的价格昂贵，无法直接应用于工业生产。

因此，有待探索、优化更加方便、高效、环保的处理纤维素用于微生物培养的方法，使纤维素能够得到更加广泛的应用。

发明内容

本申请是基于发明人对以下问题的发现和认识作出的：