专利名称：以甘蔗渣和糖蜜为原料混合发酵生产丁醇的方法
技术领域：
本发明涉及丙酮、丁醇的生产方法，具体的说，是以廉价的甘蔗渣和糖蜜为原料，通过拜氏梭菌gxas. 28将戊糖和己糖转化成丙酮和丁醇的过程，属于生物工程技术领域。
背景技术：
丁醇是一种重要的C4平台化合物，主要用于邻苯二甲酸正丁酯、磷酸丁酯、丙烯酸丁酯及醋酸丁酯等的合成；还可用作油脂、医药和香料的提取溶剂以及醇酸树脂的添加剂等领域。随着生物质制能源的多元化发展，由于丁醇具有能量密度高，亲水性低，蒸汽压低，辛烷值高等特点，被认为是最有发展潜力的新型液体燃料之一。丁醇发酵曾是全球仅次于乙醇发酵的第二大宗发酵产品。我国已经建立了多个万吨丁醇生产的企业，主要是以玉米、薯类为原料，利用丙酮丁醇梭菌发酵生产丁醇。由于生物丁醇的原料成本约占总成本的75 %，成本过高约束了生物丁醇作为燃料的推广使用。从2006年起我国已经开始限制利用粮食来生产生物能源，鼓励发展非粮的生物质能源。利用糖蜜、木薯、农业废弃物和纤维素等原料生产丁醇是一种趋势，但由于原料前处理技术不成熟、发酵菌株产总溶剂较低，丁醇比不高等问题成为生物丁醇大量生产的瓶颈。随着基因组学和蛋白质组学的快速发展，丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicumATCC824)菌株的全基因组测序已于2001年完成(NGlling J, Breton G, Omelchenko M V, et al.Genomesequence and comparative analysis of the solvent producing bacteriumClostridium acetobutylicum. Bacteriol, 2001, 183(6): 4823-4838),遗传操作系统已经成功构建；拜氏梭菌(Clostridium beijerinckii NCMB8052)菌株的全基因组测序已于2007年完成,分子遗传操作系统正在构建(Copeland A, Lucas S，Lapidus A, et al.Clostridium beijerinckii NCIMB8052, complete genome, http://www. ncbi. nlm. nih.gov/entrez/viewer. fcgi db=nucleotide&val=CP000721 )D 国内主要研究丙酮丁醇梭菌的改造，对拜氏梭菌的研究较少。很多研究表明拜氏梭菌的原料谱和适宜P H范围更广，在丁醇发酵产业上具有更大的应用潜力。甘蔗渣和糖蜜都是制糖工业的主要副产品，价格低廉具有数量大、产地集中，其成分单一不需要分选处理、质量可控等优势。与其他类型的农林生物质资源比较，蔗渣和糖蜜都是很好的生物质炼制工业的原料，是重要的可再生生物质资源。中国是仅次于巴西和印度的第三甘蔗种植大国，每年蔗渣的产量约2000多万吨，糖蜜产量达3000多万吨。由于转化利用技术手段落后，传统上甘蔗渣经常被废弃不用、或者多数只用做燃料，其利用率很低，不仅造成了资源的浪费，而且还带来了环境的污染。以廉价的蔗渣和糖蜜为原料发酵生产丁醇可降低生物丁醇的成本，具有市场竞争力。目前纤维素酶酶解蔗渣技术在工业生产中的应用尚未成熟，但经稀硫酸水解可得到低浓度的混合糖，主要成分是木糖，其水解产物中会有许多对微生物有抑制作用的物质主要有醛类、有机酸、呋喃、木素的降解产物、盐类等。由于糖的浓度较低，一般需要浓缩并经过脱毒作为丁醇发酵醪。专利201019026109. I公开了一种以木质纤维素类生物质为原料发酵制备丁醇的方法，其中水解液需用膜分离技术和吸附分离技术脱毒。专利200810141418. 9提供了一种利用秸杆生产木糖联产丙酮、丁醇和乙醇的方法。专利201111304843. 7公开了一种以木质纤维素为原料生产乙醇和丁醇的方法。新西兰DavidJones教授选育的拜氏梭菌(Clostridium beijerinckii260)能同步糖化发酵木质纤维水解液生产丁醇(Qureshi N，Saha B C，Hectora R E, et al. Butanol production fromwheat straw by simultaneous saccharification and fermentation using Clostridiumbeijennckii :Part I batch fermentation. Biomass and Bioenergy, 2008, 32(2):168-175)。
发明内容
本发明的目的是提供一种以廉价的甘蔗制糖副产物为原料发酵生产丁醇的方法，用非粮生物质来取代玉米及薯类淀粉原料。本发明所述廉价的甘蔗制糖副产物原料是甘蔗渣和糖蜜。本发明通过以下技术方案达到上述目的以廉价的甘蔗制糖副产物为原料发酵生·产丁醇的方法，包括如下步骤I、甘蔗渣烘干后粉碎过40 80目筛，用0. 25 3 w/v %的稀硫酸水解，甘蔗渣与稀硫酸的料液比为5 10 w/w %，水解温度为110 130°C，水解时间为30 90min，水解后加碱中和，纱布过滤。2、所得水解液不需要脱毒处理，在甘蔗渣水解液中直接加入不同比例的糖蜜，总糖质量百分含量为3 7%。3、发酵培养基培养基中的碳源是蔗渣水解液和糖蜜混合物，总糖质量百分含量为3 7%，氮源为质量百分含量为0. I 0. 3%的硫酸铵，酵母粉的质量百分含量为0. I
0.5%，无机盐为钙盐、钠盐、磷酸盐、钾盐、镁盐和铁盐中的任意一种或几种，调pH6.0 6. 5,115。。灭菌 15min。4、将拜氏梭菌(Clostridium beijerinckii) gxas. 28种子液按体积百分含量为5 10%的接种量接种到发酵培养基中，于32 39°C静止发酵40 60h，得到丁醇、丙酮和乙醇发酵液。利用气相色谱仪检测分析发酵产物。所述拜氏梭菌(Clostridiumbeijerinckii)gxas. 28 于 2011 年 12 月 9 日保藏在湖北省武汉市武昌珞珈山中国典型培养物保藏中心，保藏编号CCTCC M 2011454。本发明的突出优点在于本发明利用拜氏梭菌(Clostridium bei jerinckii)gxas. 28能够有效转化五碳糖和六碳糖生成丙酮、丁醇和乙醇，并获得了较高的产量和转化率，降低了微生物法发酵生产丁醇的原料成本。可以有效利用糖业副产物甘蔗渣和糖蜜混合发酵生产丁醇，可降低微生物法发酵生产丁醇的原料成本，具有市场竞争力。
图I为本发明所述的以甘蔗渣和糖蜜为原料混合发酵生产丁醇的工艺流程图。
具体实施例方式以下通过具体实施例进一步描述本发明的技术方案。以下实施例中的方法，如无特别说明，均为常规方法。实施例I 本发明所述的以甘蔗渣和糖蜜为原料混合发酵生产丁醇的方法，包括如下步骤步骤一、甘蔗渣水解液的制备甘蔗渣60°C烘干，粉碎过40 80目筛。用0. 25 3 w/v %的稀硫酸水解，其中甘蔗渣与稀硫酸的料液比为8 w/w %，水解温度为121°C，水解时间为60min，水解完用氢氧化钠中和，然后过滤得多糖水解液。DNS法测总糖，液相色谱检测水解液中木糖和葡萄糖的含量，水解结果见表I。表I 8% (料水比)的蔗渣不同稀酸浓度121°C水解Ih所得水解液成分及水解率
权利要求
1.一种以甘蔗渣和糖蜜为原料混合发酵生产丁醇的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤 a)利用稀硫酸水解甘蔗渣粉制备多糖水解液， b)所得水解液直接与糖蜜混合作为发酵培养基的碳源，加入氮源和无机盐，调节pH值，灭菌， c)用拜氏梭菌(Clostridiumbei jerinckii) gxas. 28 发酵生产丁醇。
2.根据权利要求I所述的以甘蔗渣和糖蜜为原料混合发酵生产丁醇的方法，其特征在于所述甘蔗渣粉为甘蔗渣经烘干后粉碎过40 80目筛。
3.根据权利要求I所述的以甘蔗渣和糖蜜为原料混合发酵生产丁醇的方法，其特征在于所述利用稀硫酸水解甘蔗渣粉，所述的稀硫酸为0. 25 3 w/v %的硫酸溶液，甘蔗渣与稀硫酸的料液比为5 10 w/w %，水解温度为110 130°C，水解时间为30 90min，水解完后加碱中和，纱布过滤。
4.根据权利要求I所述的以甘蔗渣和糖蜜为原料混合发酵生产丁醇的方法，其特征在于甘蔗渣水解液直接与糖蜜混合，水解液不需要脱毒处理，直接在甘蔗渣水解液中加入不同比例的糖蜜,总糖质量百分含量为3 7%。
5.根据权利要求I所述的以甘蔗渣和糖蜜为原料混合发酵生产丁醇的方法，其特征在于所述发酵培养基的碳源为甘蔗渣水解液与糖蜜的混合物，总糖质量百分含量为3 7%，氮源为质量百分含量为0. I 0. 3%的硫酸铵，酵母粉的质量百分含量为0. I 0. 5%，无机盐为钙盐、钠盐、磷酸盐、钾盐、镁盐和铁盐中的任意一种或几种，调pH6. 0 6. 5，115°C灭菌 15min。
6.根据权利要求I所述的以甘蔗渣和糖蜜为原料混合发酵生产丁醇的方法，其特征在于所述菌株为拜氏梭菌(Clostridium bei jerinckii ) gxas. 28 CCTCCM 2011454。
7.根据权利要求I所述的以甘蔗渣和糖蜜为原料混合发酵生产丁醇的方法，其特征在于所述发酵生产丁醇是将拜氏梭菌(Clostridium bei jerinckii ) gxas. 28按体积百分含量为5 10%的接种量接种到发酵培养基中，于32 39°C静止发酵40 60h，得到丁醇、丙酮和乙醇发酵液。
全文摘要
本发明公开了一种以甘蔗渣和糖蜜为原料混合发酵生产丁醇的方法，包括如下步骤甘蔗渣粉碎后用稀酸水解，所得水解液直接与糖蜜按比例混合作为发酵原料，用拜氏梭菌(Clostridium beijerinckii)gxas.28CCTCC M 2011454发酵生产丁醇。丁醇产量可达到11.07g/L。采用本发明能有效利用甘蔗制糖副产物发酵生产丁醇，工艺简单，降低了微生物法发酵生产丁醇的原料成本，具有社会意义和应用价值。
文档编号C12P7/16GK102703523SQ20121022829
公开日2012年10月3日 申请日期2012年7月3日 优先权日2012年7月3日
发明者庞浩, 林丽华, 裴建新, 郭媛, 陈东, 黄志民, 黄日波, 黎贞崇 申请人:广西科学院