[发明专利]一种丁醇的微生物生产方法

说明书

技术领域

本发明属于微生物发酵领域，涉及玉米秸秆的发酵技术，特别涉及丙酮丁醇梭菌发酵玉米秸秆生产丁醇的微生物发酵方法。

背景技术

丁醇不仅是一种重要的有机溶剂和化工原料，还是一种新型的极具潜力的生物燃料。其热值远高于乙醇，与汽油相当，腐蚀性小，蒸气压低，能与汽油以任意比互掺使用。丙酮丁醇发酵是一项传统的大宗发酵，我国在建国初期已经以玉米淀粉为原料进行稳定的丁醇工业化生产。随着石化资源的耗竭、粮油的短缺以及温室效应等环境问题的日益突出，利用可再生资源、农业废弃物等生产化工原料和能源物质越来越受到重视。

利用木质纤维素等生物质发酵丁醇已成为当前研究的一个热点。菌种、原料、原料预处理方式以及发酵条件等均会对溶剂产量产生显著的影响.利用丙酮丁醇梭菌ATCC824(Clostridium acetobutylicum ATCC824)发酵糖枫树水解液生产丁醇，丁醇浓度可达到7g/L。利用拜氏梭菌PE60(Clostridum bei-jerinckii P260)对大麦和小麦秸秆的稀酸水解液进行发酵后，大麦秸秆水解液中的ABE(Acetone,Butanol,Ethanol)生成率仅为0.1g/(L·h)，而小麦秸秆水解液中的生成率可达到0.6g/(L·h)。丙酮丁醇梭菌CICC8016(Costridium acetobutylicum CICC8016)发酵玉米秸秆水解液，丁醇浓度为4.54g/L。通过响应面法优化丙酮丁醇梭菌CICC8008(Clostridium acetobutylicum CICC8008)发酵经氨水预处理的玉米秸秆生产丁醇的条件，丁醇浓度可以达到6.2g/L。

发明内容

鉴于此，本发明目的在于提供一种产率更高的丁醇生产方法，该方法使用玉米秸秆为原材料，通过微生物发酵得以实现。

为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是，提供一种丁醇的微生物生产方法，以丙酮丁醇梭菌为发酵用菌，包括以下步骤：

步骤1)蒸汽爆破：将自然风干的玉米秸秆切成碎粒，投入蒸汽爆破装置中，气压升至1.5-2MPa，保持5-10min，迅速降压；

步骤2)碎粒预处理：将碎粒进行水洗，沥干；

步骤3)微生物发酵：将活化后的丙酮丁醇梭菌菌液接种到经过水洗的秸秆碎粒上进行发酵，发酵条件为：水蒸气爆玉米秸秆酶解液糖含量57.5g/L、初始pH值6.3，发酵液接种量6％，发酵温度37℃，酵母膏、乙酸铵、磷酸二氢钾、烟酰胺的添加量分别为0.8、6.0、0.5、0.25g/L。

与现有技术相比，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点：

1、本发明方法丁醇产量达到9.7-10g/L，比现有技术提高56.5％。

2、本发明将秸秆经高温高压水蒸气处理，然后瞬间泄压，从而实现原料组分的化学分离、机械分裂和结构重排，秸秆纤维组织更加全面的被分解。

3、酶解前通过水洗预处理秸秆降低甲酸和糠醛的含量，有利于提高丁醇产量。

4、适量的乙酸胺有利于发酵，可提高丁醇产量和糖的利用率。

5、适量的磷酸二氢钾不仅提供了磷源，也提供了K⁺，有利于提高溶剂产量。

6、烟酰胺能促进微生物代谢，有助于丁醇的生成

具体实施方式

将自然风干的玉米秸秆切成碎粒，投入蒸汽爆破装置中，气压升至1.5-2MPa，温度110℃，保持5-10min，在3s内迅速降为常压。再将爆破后的碎粒进行水洗，沥干，以备发酵使用。

微生物发酵：将活化后的丙酮丁醇梭菌菌液接种到经过水洗的秸秆碎粒上进行发酵，发酵条件为：水蒸气爆玉米秸秆酶解液糖含量57.5g/L、初始pH值6.3，发酵液接种量6％，发酵温度37℃，酵母膏、乙酸铵、磷酸二氢钾、烟酰胺的添加量分别为0.8、6.0、0.5、0.25g/L。

采用气相色谱仪上用气相色谱法测定丁醇含量.采用毛细管色谱柱，进样口温度220℃，FID温度230℃，柱温70℃，运行时间6min；程序不升温，不分流，进样量1μL；H2流速30ML/min，空气流速300mL/min，内标物为异丁醇。经过检测，丁醇产量达到9.726g/L。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。