利用一株安全菌株发酵酒糟生产2,3-丁二醇的方法
【专利摘要】本发明首次公开了利用一株环境安全菌株Bacillus amyloliquefaciens CCTCC M2012349，以酒糟为唯一碳氮源，发酵生产2,3-丁二醇的方法，属于生物工程中发酵【技术领域】。该方法主要包括种子培养和发酵培养。具体的说，将种子液按4％接种量接种于发酵培养基中，在37℃，空气流量为120m3/h·m3培养基，搅拌转速为350r/min条件下进行发酵培养，发酵60h，即刻停止发酵，发酵液即为含有2,3-丁二醇液体。能有效地降低白酒生产成本、提高资源利用率、延伸产业链，是建立高效、经济的生物质能源综合利用产业的重要措施，将大大提升白酒产业的整体技术水平和循环效益。
【专利说明】利用一株安全菌株发酵酒糟生产2, 3- 丁二醇的方法
【技术领域】
[0001]利用一株安全菌株解淀粉芽孢杆菌发酵酒糟生产2，3- 丁二醇，属于生物工程中发酵【技术领域】。
【背景技术】
[0002]随着能源资源的日益短缺和环境问题的日益严重，开发可再生的生物质资源为原料，经过化学、生物及其集成方法生产各种化学品、功能材料和能源物质的生物炼制技术越来越受到国内外的高度重视。近几年，我国白酒年产量约为866万吨，酒糟的年产量约为9866万吨。固态白酒生产酒糟作为白酒酿造过程中的主要副产物，同时也可能是其主要污染物。充分而有效地对酒糟加以综合利用，既可减轻环境污染，又可以节约粮食、降低生产成本。一方面由于采用高粱、小麦、糯米等作为主要原料，使得酒糟含蛋白质、纤维素、脂肪、维生素以及各种微量元素等，为其综合利用创造有利条件；另一方面由于酿造工艺的特殊性，导致丢糟酸度高且易霉变，必须及时处理，否则会严重污染环境，如何对酒糟进行深度开发，已成为白酒产业可持续发展的关键和保障，同时也是无法回避的关键问题。如果能够利用酒糟中的淀粉质原料开发高附加值产品(如1，3-丙二醇、乙二醇、2，3- 丁二醇等)，就能有效地降低白酒生产成本、提高资源利用率、延伸产业链，是建立高效、经济的生物质能源综合利用产业的重要措施，将大大提升白酒产业的整体技术水平和循环效益。
[0003]2，3- 丁二醇是重要的化工原料和液体燃料，广泛应用于化工、食品、燃料及航空航天等领域。2，3- 丁二醇脱氢生成双乙酰，是一种高价值食品风味剂，具有一定的抑菌效果；在脱氢酶的作用下，生成的3-羟基-2- 丁酮(乙偶姻)是一种应用广泛的天然食用香料；脱水生成的甲乙酮可作为一种高价值的液体燃料添加剂，亦是重要的低沸点溶剂，应用于涂料、粘结剂、润滑剂、燃料、油墨等行业；脱水生成的1，3- 丁二烯可用于合成橡胶、ABS树脂及SBS弹性体等；酯化产品是合成聚酯和聚氨酯的前体。而且2，3-丁二醇是一种极具价值的液体燃料，其燃烧值与甲醇(22.lkj/g)、乙醇(29.0kJ/g)相当。由于2，3-丁二醇的高辛烷值，它可作为汽油的辛烷值提升剂或航空燃料另外，2，3- 丁二醇及其衍生物亦可广泛用于药用载体、增塑剂、柔软剂等的生产。
[0004]近年来用糖质原料发酵生产2，3-丁二醇取得了较好的实验室研究结果，但生物法生产2，3-丁二醇尚未实现工业化。然而从2，3-丁二醇的应用前景、生产技术成熟度、知识产权状况及未来发展趋势看，开发以廉价的非粮糖质为原料(如酒糟、生物柴油等)发酵生产2，3-丁二醇具有很好的发展前景。目前报道的2，3-丁二醇生产菌株多为克雷伯氏菌属(Klebsiella)肠杆菌属(Enterobacter)和沙雷氏菌属(Serratia)等，但这些菌大都是用糖质原料发酵生产2，3- 丁二醇，而在国内利用酒糟为原料生产2，3- 丁二醇还未见报道；另外，这些生产菌种具有潜在致病性，不符合符合工业化安全生产的要求。因此，使用安全菌种利用甘油发酵2，3-丁二醇具有良好的工业化前景。本发明首次以酒糟为唯一碳氮源，利用一株安全菌株 Bacillus amy1liquefaciens CCTCC M2012349 发酵生产 2，3_ 丁二醇，为酿酒行业废料进行工业化深度开发提供了基础。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种以酒糟为唯一碳氮源，利用一株安全菌株Bacillusamyloliquefaciens CCTCC M2012349 发酵酒糟生产 2，3- 丁二醇的方法。
[0006]本发明实现过程如下:
[0007]本发明所使用菌种为Bacillus amyloliquefaciens CCTCC M2012349(该菌株已在 申请人:前期申请的专利中公开，相关专利申请号:201310342415.2 ;已保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏编号为=CCTCC M2012349)。最近我们发现B.amyloliquefaciensCCTCC M2012349可以有效利用酒糟为唯一碳氮源高效合成2，3- 丁二醇，其具体生产工艺如下:
[0008](I)挑取平板上保藏的B.amyloliquefaciens CCTCC M2012349单菌落接种于种子培养基中培养，优选的培养时间为12h，培养温度为37°C，种子培养基组成如下:
[0009]淀粉10g/L，酵母提取物5g/L，胰蛋白胨10g/L，NaC110g/L ；
[0010]种子培养液采用250mL摇瓶培养，将种子液在摇床上培养12h左右，培养温度为37°C，摇床转速为160r/min。
[0011](2)B.amyloliquefaciens CCTCC M2012349 发酵培养
[0012]发酵培养基组成如下:
[0013]酒糟300g/L ;将上述发酵培养基用5mol/L的NaOH调节其pH至6.5，在121°C下高温灭菌30min。发酵装置为5L发酵罐，初始装液量为2.5L，接种量为4%。发酵条件为:空气流量为120πι3Λ.πι3培养基，搅拌转速为350r/min，发酵时间为60h。发酵结束后，发酵液经离心等处理后，利用气相色谱的FID检测器即可检测发酵液中2，3- 丁二醇含量。
[0014]本发明的有益效果:
[0015]本发明首次利用解淀淀芽孢杆菌B.amyloliquefaciens CCTCC M2012349发酵酒糟高效合成生物基平台化合物2，3- 丁二醇，且2，3- 丁二醇产量达到50.6g/L，是现有技术所不能达到的，取得了预料不到的技术效果；另外，其发酵培养基只采用酒糟为唯一组分，发酵培养基中无需额外添加酵母膏、蛋白胨、玉米浆、豆柏等氮源以及磷源、氨基酸、维生素和微量元素等其它营养物质，从而降低了生产成本。所以该发明具有较高的工业化应用价值。
[0016]另外，目前报道的2，3-丁二醇生产菌株多为克雷伯氏菌属(Klebsiella)肠杆菌属(Enterobacter)和沙雷氏菌属(Serratia)等，这些菌种大都是用糖质原料发酵生产2，3-丁二醇；另外，这些菌种具有潜在致病性，不符合符合工业化安全生产的要求，解淀粉芽孢杆菌属于环境安全菌株，能够满足工业化对安全生产的要求。另外，本发明利用白酒酿造的副产物酒糟废料开发高附加值产品2，3- 丁二醇，就能有效地降低白酒生产成本、提高资源利用率、延伸产业链，是建立高效、经济的生物质能源综合利用产业的重要措施，将大大提升白酒产业的整体技术水平和循环效益。
【具体实施方式】
[0017]实施例1
[0018](I)B.amyloliquefaciens CCTCC M2012349 种子培养
[0019]从活化平板上挑取单菌落接种于种子培养基中进行种子培养，培养温度37°C，摇床转速160r/min，培养时间为12h左右，种子培养基组成:淀粉10g/L，酵母提取物5g/L，胰蛋白胨 10g/L，NaC110g/L ；
[0020](2)B.amyloliquefaciens CCTCC M2Ol2349 发酵培养
[0021]初始发酵培养体积为2.5L，采用的发酵培养基成分如下:
[0022]酒糟300g/L ;将上述发酵培养基用5mol/L的NaOH调节其pH至6.5，在121°C下高温灭菌30min。
[0023]将上述培养好的种子液按4%接种量接种于发酵培养基中进行发酵培养，发酵温度37°C，空气流量为120m3/h.m3培养基，搅拌转速为350r/min。定时取样测定细胞浓度、底物残留量和2，3- 丁二醇生产量，发酵培养60h，即刻停止发酵。发酵结束后，2，3- 丁二醇产量达到50.6g/L。
【权利要求】
1.利用一株安全菌株发酵酒糟生产2，3-丁二醇的方法，其特征在于以酒糟为唯一底物和营养源，利用一株安全菌株解淀粉芽孢杆菌Bacillus amyloliquefaciens CCTCCM2012349发酵其生产2，3- 丁二醇；其中发酵培养基由如下组分组成:酒糟300g/L，余量为水，pH 为 6.5 ; 具体生产方法如下:
(DB.amyloliquefaciens CCTCC M2012349 种子培养 挑取平板上保藏的B.amyloliquefaciens CCTCC M2012349单菌落接种于种子培养基中培养12h，获得种子培养液，种子培养基组成如下: 淀粉10g/L，酵母提取物5g/L，胰蛋白胨10g/L，NaCl 10g/L，余量为水；
(2)B.amyloliquefaciens CCTCC M2012349 发酵培养 所述的发酵培养基用5mol/L的NaOH调节其pH至6.5，在121 °C下高温灭菌30min ;将上述种子培养液按4%的接种量接种于发酵罐中，发酵温度37°C，空气流量为120m3/(h -m3)培养基，搅拌转速为350r/min，发酵培养60h，即刻停止发酵；即获得含有2，3- 丁二醇的发酵培养液。
【文档编号】C12R1/07GK104388477SQ201410748634
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年12月9日 优先权日:2014年12月9日
【发明者】饶志明, 杨套伟, 张显, 徐美娟, 李秀鹏 申请人:江南大学