[发明专利]一种利用玉米芯全组分生产丁酸的方法

说明书

本发明公开了一种利用玉米芯全组分生产丁酸的方法。以γ‑戊内酯和1，3‑二甲基咪唑磷酸二甲酯盐（[Mmim]DMP）为溶剂，对玉米芯进行预处理，以水为反溶剂沉淀玉米芯并抽滤分离得到残渣，以干燥后的玉米芯残渣为底物，纤维素酶进行酶水解，得到可发酵糖；预处理溶剂提取出的木质素用酸沉淀出来，用于制备包埋酪丁酸梭菌的大孔海藻酸钙‑木质素微球，从而使其利用可发酵糖发酵产丁酸，实现玉米芯全组分的综合利用。本发明有效利用了玉米芯的全组分发酵生产丁酸，且[Mmim]DMP与γ‑戊内酯的联合使用大大提高了预处理效果，增强了玉米芯的酶解效率，获得了高产率的可发酵糖，酪丁酸梭菌经过大孔海藻酸钙‑木质素微球的包埋，与游离细胞相比丁酸产量也得到了提升。

技术领域

本发明涉及生物质资源玉米芯综合利用技术领域，具体地涉及一种利用玉米芯全组分生产丁酸的方法。

背景技术

玉米是国际粮食作物之一，也是一种可交易的商品。在中国，玉米种植广泛，2016年产量约为2.2亿吨。每年根据玉米粒和玉米芯之间的比例，甜玉米加工业预计生产约4000万吨玉米芯副产品。在南非，玉米是主要的出口商品，主要用来生产二代玉米产品，如玉米片，玉米粉和葡萄糖等。由于每年消耗大量的玉米，玉米芯已成为南非最大的农业废弃物之一，年产量约为900万吨，占玉米残留量的近20%。在过去，人们将大多数玉米芯当做燃料燃烧，作为废弃物丢弃或用作肥料，这不仅造成了巨大的资源浪费，而且造成了严重的环境污染，影响了生态平衡。为了减少人类对不可再生资源的依赖，许多研究人员越来越关注农业生物质的利用，以生产生物燃料及高附加值化学品。木质纤维素生物质是一种理想的原料，因为其可再生且在世界各地大量供应。玉米芯是一种实用的木质纤维素生物质原料，具有低木质素和高碳水化合物含量的优点。因此，已被中国的生物炼制工业开发和利用，用于制备木糖，木寡糖和生物发酵产物，如木糖醇，乙醇，丁二醇和糠醛等。

在综合利用玉米芯之前，必须对原料进行预处理，因为纤维素的高结晶度和木质素的存在将使酶难以进入生物质内部并导致低产率的可发酵糖，因此需要通过预处理破坏木质纤维素的抗性结构，实现三大组分的分离。生物质预处理通常有以下几种方法，包括物理法，如蒸汽爆炸，氨纤维爆炸，微波处理或热解；化学法，如浓酸水解，稀酸水解，碱处理或有机溶剂处理；还有生物学方法。离子液体逐渐被认为是用于木质纤维素预处理的最有希望的新溶剂。离子液体是熔点低于100 ℃的盐，并且具有广泛的物理化学性质，例如低挥发性，高热稳定性，不可燃性，独特的溶解特性，且对环境和人类健康无害。通过选择合适的阴阳离子组分，组合出来的离子液体的物理、化学性质会有很大差异。1,3-二甲基咪唑磷酸二甲酯盐（[Mmim]DMP）是一种环保型溶剂，可用于玉米芯的预处理，溶解木质纤维素，且和纤维素酶具有生物相容性。然而，仅使用单个组分预处理生物质是比较浪费的，因为对于许多商业应用来说离子液体仍然太昂贵。生物质衍生的溶剂 γ-戊内酯被证明可用于促进木质纤维素生物质的温和预处理，γ-戊内酯是一种理想的可持续发展的溶剂，可用于生产能源和碳基消费品，在[Mmim]DMP中加入γ-戊内酯用作共溶剂，可以克服传质阻力，辅助提高[Mmim]DMP溶解木质纤维素，从而对木质纤维素生物质进行温和而有效的预处理。

玉米芯经过预处理之后，酶解糖化可以获得可发酵糖，主要成分为葡萄糖、木糖，在预处理过程中提取出的木质素也是一种资源，为了将其利用，考虑到酪丁酸梭菌是一种可以同时利用葡萄糖、木糖为碳源生产丁酸的优势菌株，将其利用木质素、海藻酸钠、碳酸钙成分进行包埋形成微球，以发酵生产丁酸。从而实现玉米芯全组分的综合利用。

发明内容

本发明的目的在于开发一种利用玉米芯全组分生产丁酸的工艺，通过酶水解改善生物质转化，提高可发酵糖生产率，以提取出的木质素制备微球包埋酪丁酸梭菌，使其利用可发酵糖产丁酸。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

所述的一种利用玉米芯全组分生产丁酸的工艺，具体步骤如下：

（1）玉米芯洗涤干燥后，粉碎；