专利名称：汽爆秸秆固态发酵制备微生物油脂的方法
技术领域：
本发明属于微生物发酵领域，特别涉及一种汽爆秸秆固态发酵制备微生物油脂 的方法。
背景技术：
微生物油脂是很有价值的产品， 一方面，它们能产生一些特殊功能油脂，即经济 价值高的特殊营养油脂和特殊工业用途油脂。这类油脂的主要营养成分在天然动植物 油脂中存在量很少，甚至不存在，但具有较大的生理功能和特殊用途。如微生物油脂 中含有大量的不饱和脂肪酸，r-亚麻酸(r-liolenic acid 18: 3),二十二碳六烯酸 (w_3， Docosahexaenoic acid， DHA)禾口 (arachidonic acid ARA; 20:4， n-6)等， 研究表明这些多不饱和脂肪酸FUFA (polyunsaturated fatty acid)具有重要的生理 功能，如防心血管病，促进智力发育，抗肿瘤.抗炎症等作用，具有广阔的市场需求。 因此利用产油微生物来生产不饱和脂肪酸产品成为各国研究的热点。另一方面，随着我国经济的高速发展，石油的需求量也急剧上升，但我国石油 储备量非常有限，大部分依靠进口，而传统能源对我国环境带来的污染日趋严重。 在这样的双重压力下，我国正在加快高效清洁的生物柴油产业化进程。生物柴油(biodiesel)主要成分是高级脂肪酸甲酯，性质与普通柴油非常相似，具有能量 密度高、易生物降解、安全无毒、含硫量低和废气中有害物排放量小等优点，可以 作为石油柴油的优质代用品。其生产方法是将油脂与甲醇在酸或碱性催化剂或转酯 酶的作用下进行转酯化反应，生产脂肪酸甲酯。要满足我国生物柴油的需求，就必 须提供足够的油脂，我国目前主要是从动植物中提油脂，产量还不能满足人们的生 活需求，需要大量进口，因此寻找新的途径生产油脂就显得迫在眉睫。然而，我国 耕地少人口多，粮食生产压力大，而且随着城市化建设的加快，有效耕地还在不断减少，靠大面积种植油脂植物来获取油是不可行的，因此利用油脂微生物发酵微生 物油脂将成为解决生物柴油生产中油脂不足这一瓶颈问题的突破口。目前，微生物油脂在工业上的生产方式主要是液态发酵，生产的主要原料—— 碳源由粮食产品来提供，生产成本高昂，这种生产方式不可能满足实际需求，必须 寻找新的生产途径和廉价的原料来降低生产成本。我国秸秆生物质资源非常丰富，每年可产生7亿吨以上。但是由于这一可再生资源组分多、结构复杂，长期以来没有得到经济合理的开发利用。当前的一些秸秆利用技术存在着产品质量不稳定、原料利用率低、环境污染等问题，难以高值化利用量大、面广的可再生性的秸秆资源。 一方面，近年来，随着我国农村生活能源结构的变化与集约化生产的发展，秸秆逐步由一种传统的做饭、取暖烧柴的原料演变成了一种无用的负担物。秸秆就地焚烧日趋严重，产生的烟雾己成为一大社会公害。另一方面，秸秆大量直接还田不现实，也没有必要。因为占秸秆总量的15%的秸秆根茬还田，即可以达到土壤有机质的平衡。我国人多地少，耕地不能采取轮休耕制，将未经处理的干秸秆直接还田，没有发酵处理时间，没腐烂的秸秆不但起不到肥田作用，反而影响作物出苗率。人们正在努力将它转化为各种液态燃料，如通过微生物发酵生产酒精或直接热解使其转化为生物油，但都没有形成产业化。针对以上情况，本发明利用丰富廉价的秸秆资源为原料，通过油脂微生物固态发酵生产微生物油脂，不仅为秸秆资源的充分利用开辟了新的途径，而且大大降低了微生物油脂的生产成本，产生的微生物油脂可以用作含高不饱和脂肪酸产品的原料，也可用作制造生物柴油的原料，因此本发明具有广阔的应用前景。发明内容本发明的目的在于提供一种利用汽爆秸秆生产微生物油脂的方法，即汽爆秸秆与 适量的麸皮和水混和，灭菌，再加适量纤维素酶并接入种子液，发酵7 11天，便产 生了微生物油脂，经提取后油脂产率(油脂重量/干底物重量)可达8%。本发明为秸秆 资源的充分利用开辟了新的途径，而且大大降低了微生物油脂的生产成本，产生的微 生物油脂可以用作含高不饱和脂肪酸产品的原料，也可用作制造生物柴油的原料。应 用本发明的方法生产微生物油脂，不仅能满足高不饱和脂肪酸产品的市场需求，而且 为解决生物柴油生产中油脂供应不足这个瓶颈问题提供了有效的办法。本发明提供的汽爆秸秆固态发酵制备微生物油脂的方法，其步骤如下 将植物汽爆秸秆与麸皮按重量份配比为4 9:1均匀混合，加水成混合物料，该 混合物料的固液比为2 3:1，在121。C下常规灭菌40 60分钟后，接入所述混合 物料重量10 25%的油脂微生物种子液，同时按10 20FPU/g干底物的量加入纤维 素酶，混和均匀后在25 32"C下发酵7 11d，将发酵物烘干，并用有机溶剂萃取 后得到微生物油脂；所述干底物为所述植物汽爆秸秆与麸皮的重量之和；所述有机 溶剂为石油醚；所述油脂微生物种子液的制备如下将产油脂菌在PDA液态培养基中25 30 'C发酵4 7天后制得；所述产油月旨菌为#ar"ere_/7^、 M/c。r、 Mar。邵aero/ s7'51、賴o历OjOsi51 、所述植物汽爆秸秆的制备如下将植物秸秆原料在压力为0.69 - 4.83 MPa的 160 - 260'C的水蒸汽压力下，处理0.5—20 min，然后连同水蒸汽一起由反应器中 瞬间释放，制得植物汽爆秸秆。所述秸秆为小麦、玉米或水稻秸秆。 本发明的汽爆秸秆固态发酵制备微生物油脂的方法具有下述优点 首先，本发明开辟了秸秆利用的新途径，我国每年能产生7亿多吨秸秆， 一直 没有得到充分的利用，用本发明的方法将其转化为微生物油脂，不仅能满足高不饱 和脂肪酸产品的市场需求，而且为解决生物柴油生产中油脂供应不足这个瓶颈问题 提供了有效的办法；其次，用本发明的方法生产微生物油脂，成本低廉，使其在市 场上能与动、植物油脂相抗衡；再次，本发明用固态发酵的方法生产微生物油脂， 没有废水排放，减少了环境污染，同时节约了水的用量而降低生产成本。
附图1为使用拉曼被孢霉进行固态发酵生产微生物油脂的油脂产率与发酵温度 的关系示意图；附图2为使用拉曼被孢霉进行固态发酵生产微生物油脂的油脂产率与发酵时间 的关系示意图；附图3为使用拉曼被孢霉进行固态发酵生产微生物油脂的油脂产率与纤维素酶 的加入量的关系示意图；附图4为使用拉曼被孢霉进行固态发酵生产微生物油脂的油脂产率与培养基中 麸皮含量的关系示意图；附图5为使用胞'crospaero/^is进行固态发酵生产微生物油脂的油脂产率与发 酵温度的关系示意图；附图6为使用始'ci"O邻aer叩w's进行固态发酵生产微生物油脂的油脂产率与发 酵时间的关系示意图；附图7为使用#^/^^36/^/^2'1 进行固态发酵生产微生物油脂的油脂产率与纤维素酶的加入量的关系示意图；附图8为使用始'c/"o^ae/rpw's进行固态发酵生产微生物油脂的油脂产率与培 养基重麸皮含量的关系示意图。
具体实施方式
下面通过实施例及附图进一步描述本发明。 实施例1小麦秸秆在20(TC的水蒸汽下保温5min后从反应器中急速放出而爆破，烘干后与 麸皮混和，其中麸皮的含量为5% 25%，取100g汽爆秸秆与麸皮混和物，加入200ml 水，用20个300ml的三角瓶平均分装，121'C灭菌60min，每瓶接入5ml拉曼被孢霉 种子液，同时分别按5 35FPU/g干底物的量加入纤维素酶，分别在20'C—35°C，分
别培养6d — 12d，烘干发酵物；将所得干发酵物用石油醚溶剂在索氏抽提器中80'C回 流6小时,用旋转蒸发仪减压去除溶剂，便得到微生物油脂；拉曼被包霉固态发酵油脂 产率与发酵时间、发酵温度、纤维素酶的加入量、培养基中麸皮的比例的关系分别见 图l、图2、图3、图4;从图1可以看出发酵时间为9天时油脂的积累己到达最大值; 从图2可以看出最佳发酵温度为30°C;从图3可以看出加入的纤维素酶量为15FPU/g 干物料时，油脂产率接近最高，在增加纤维素酶的添加量时，油脂上升没什么变化， 所以纤维素酶量为15FPU/g干物料为最佳量；从图4可以看出干底物中麸皮的含量为 15%时，油脂产率最高。实施例2玉米秸秆在21(TC的水蒸汽下保温4min后从反应器中急速放出而爆破，烘干后 取85g与15g麸皮混和，加入220ml水，用20个300ml的三角瓶平均分装，121°C 灭菌50min，每瓶接入4ml拉曼被孢霉种子液，同时按10FPU/g干底物的量加入纤 维素酶，在3(TC，培养9d，烘干发酵物；将所得干发酵物用石油醚溶剂在索氏抽 提器中8(TC回流6小时,用旋转蒸发仪减压去除溶剂，便得到微生物油脂7. 8g。实施例3小麦秸秆在19(TC的水蒸汽下保温6min后从反应器中急速放出而爆破，烘干后 与麸皮混和，其中麸皮的含量为5% 25%，取100g汽爆秸秆与麸皮混和物加入210ml 水，用20个300ml的三角瓶平均分装，12rC灭菌60min，每瓶接入5ml 必'craspaer砂w's sp,种子液，同时按5 35FPU/g干底物的量加入纤维素酶，分别 在2(TC—35°C，分别培养6 — 12d，烘干发酵物；将所得干发酵物用石油醚溶剂在索 氏抽提器中8(TC回流6小时，用旋转蒸发仪减压去除溶剂，便得到油脂，共得到微 生物油脂。使用菌株始'crospaero/ s" sp.固态发酵油脂产率与发酵时间、发酵温培养基中麸皮的比例的关系分别见图5、图6、图7、图8。 从图5可以看出发酵时间为9天时油脂的积累已到达最大值；从图6可以看出最佳发 酵温度为3(TC;从图7可以看出加入的纤维素酶量为10FPU/g干物料时，油脂产率接 近最高，在增加纤维素酶的添加量时，油脂上升没什么变化，所以纤维素酶量为10FPU/g 干物料为最佳量；从图8可以看出干底物中麸皮的含量为10%时，油脂产率最高。实施例4水稻秸秆在20(TC的水蒸汽下保温5min后从反应器中急速放出而爆破，烘干后 取80g与20g麸皮混和，加入230ml水，用20个300ml的三角瓶平均分装，121°C 灭菌60min，每瓶接入4ml毛霉种子液，同时按20FPU/g干底物的量加入纤维素酶， 在3(TC，培养9d，烘千发酵物；将所得干发酵物用石油醚溶剂在索氏抽提器中80 'C回流6小时，用旋转蒸发仪减压去除溶剂，便得到微生物油脂7. 4g。实施例5小麦秸秆在20(TC的水蒸汽下保温5min后从反应器中急速放出而爆破，烘干后 取85g与15g麸皮混和，加入200ml水，用20个300ml的三角瓶平均分装，121°C 灭菌40min，每瓶接入5ml C印力aJo5r/wri"历种子液，同时按15FPU/g千底物的量加 入纤维素酶，在3(TC，培养9d，烘干发酵物；将所得干发酵物用石油醚溶剂在索 氏抽提器中8(TC回流6小时，用旋转蒸发仪减压去除溶剂，便得到微生物油脂7. 7g。实施例6小麦秸秆在22(TC的水蒸汽下保温3min后从反应器中急速放出而爆破，烘干后 取80g与20g麸皮混和，加入200ml水，用20个300ml的三角瓶平均分装，121°C 灭菌50min，每瓶接入5ml尸力o范opw's种子液，同时按15FPU/g干底物的量加入纤维素酶，在3(TC，培养9d，烘干发酵物；将所得干发酵物用石油醚溶剂在索氏抽 提器中8(TC回流6小时，用旋转蒸发仪减压去除溶剂，便得到微生物油脂8. 0g。实施例7小麦秸秆在18(TC的水蒸汽下保温6min后从反应器中急速放出而爆破，烘干后 取85g与15g麸皮混和，加入230ml水，用20个300ml的三角瓶平均分装，121°C 灭菌60min，每瓶接入5mUc7e/m^s"s或yV/g/Y)5po^3种子液，同时按15FPU/g干 底物的量加入纤维素酶，在3(TC，培养9d，烘干发酵物；将所得干发酵物用石油 醚溶剂在索氏抽提器中8(TC回流6小时,用旋转蒸发仪减压去除溶剂，便得到微生 物油脂7.6g。
权利要求
1、一种汽爆秸秆固态发酵制备微生物油脂的方法，其步骤如下将植物汽爆秸秆与麸皮按重量份配比为4～9∶1均匀混合，加水成混合物料，该混合物料的固液比为2～3∶1，在121℃下常规灭菌40～60分钟后，接入所述混合物料重量10～25％的油脂微生物种子液，同时按10～20FPU/g干底物的量加入纤维素酶，混和均匀后在25～32℃下发酵7～11d，将发酵物烘干，并用有机溶剂萃取后得到微生物油脂；所述干底物为所述植物汽爆秸秆与麸皮的重量之和；所述有机溶剂为石油醚；所述油脂微生物种子液的制备如下将产油脂菌在PDA液态培养基中25～30℃发酵4～7天后制得；所述产油脂菌为Mortierella、Mucor、Microspaeropsis、Phomopsis、Cephalosporium、Sclerocystis或Nigrospora。
2、 按权利要求1所述的汽爆秸秆固态发酵制备微生物油脂的方法，其特征在 于，所述植物汽爆秸秆的制备如下将植物秸秆原料在压力为0.69 - 4.83 MPa的 160 - 26(TC的水蒸汽压力下，处理0.5—20 min，然后连同水蒸汽一起由反应器中 瞬间释放，制得植物汽爆秸秆。
3、 按权利要求1或2所述的汽爆秸秆固态发酵制备微生物油脂的方法，其特 征在于，所述秸秆为小麦、玉米或水稻秸秆。
全文摘要
本发明涉及一种利用汽爆秸秆固态发酵生产微生物油脂的方法将汽爆秸秆与麸皮按重量份配比混合，加入水使固液比为2～3∶1，在121℃下常规灭菌40～60分钟后，接入1油脂微生物种子液和纤维素酶，混和均匀后在25～32℃下发酵7～11d，将发酵物烘干，用有机溶剂萃取后的到微生物油脂。油脂产率为6～8％，即1kg汽爆秸秆能产生60～80g油脂。秸秆中纤维素的利用率为75～85％。本发明开辟了秸秆利用的新途径，所得微生物油脂，不仅能满足高不饱和脂肪酸产品的市场需求，可解决生物柴油生产中油脂供应不足的问题，用本发明方法生产微生物油脂，成本低廉，具有广阔的应用前景。
文档编号C12P7/64GK101148682SQ20061011320
公开日2008年3月26日 申请日期2006年9月19日 优先权日2006年9月19日
发明者彭小伟, 陈洪章 申请人:中国科学院过程工程研究所