一种提高厌氧食气微生物发酵产物中醇类物质浓度的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于微生物气体发酵技术领域，具体涉及一种提高厌氧食气微生物发酵产物中醇类物质浓度的培养体系。
技术背景
[0002]随着我国经济的高速发展，电厂、钢铁厂以及其他工矿企业向大气中排放了大量的工业尾气，不仅造成严重的环境污染，引发了一系列环境问题，也对人类健康也造成了严重危害。这类工业尾气中富含C0、C0jP H2，是一类极具开发价值的制造石化类化学品的廉价原料。如何充分开发利用这些工业尾气不仅可以减轻环境压力，还可以形成石化资源的替代产品，缓解我国对石油资源日益增长的需求。目前对工业尾气的处理方法主要是通过浓缩燃烧方式，还有部分通过化学吸收催化法进行处理。化学吸收催化法需要脱除工业尾气中的水蒸气，又需回收有机溶剂，过程十分复杂，且存在着对环境的二次污染。因此，探究一条新的工业尾气资源化利用技术是十分必要的。而利用微生物将工业尾气中的含碳成分进行固定，形成有用代谢产物的方法不仅可以减小尾气排放和二次污染，产品包括乙醇、丁醇、丁二酸等重要化合物，可以作为石化产品的优良替代。气体微生物发酵的产物中包含小分子有机酸和醇类物质(式1-4)。
[0003]6C0+3H20 = C2H50H+4C02(1)
[0004]6H2+2C02 = C 2H50H+3H20 (2)
[0005]4C0+2H20 = CH3C00H+2C02 (3)
[0006]2C02+4H2 = CH 3C00H+2H20 (4)
[0007]其中的醇类如乙醇、丁醇是优良的清洁燃料，2，3 丁二醇和正己醇也是重要的化工产品。相比有机酸，具有更高的价值，因此人们更加倾向于通过生物将气体转化为醇类物质而不是有机酸。产物中的酸醇比是评价气体生物发酵的一个重要指标，较低的酸醇比不仅能够提高发酵产物的总体价值，同时可以降低后续产物分离纯化的成本。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是提供一种提高厌氧食气微生物发酵产物中醇类物质浓度的培养体系，即通过对培养基中的组分进行优化，在振荡培养或连续通气搅拌培养体系中，实现微生物发酵产物中醇类物质浓度的提高。
[0009]本发明的提高厌氧食气微生物发酵效率的方法，是使用于发酵的培养基中钼酸根离子的终浓度不大于0.lmg/L ；
[0010]作为优选，是在用于发酵的培养基中不添加钼酸根离子；
[0011]进一步的，所述的厌氧食气微生物优选为厌氧食气梭菌；
[0012]作为实施例的优选，所使用的培养基包括有2 % -4 %的mineral solut1nstock (V/V) ,0.05% 的酵母提取物(M/V)，0.5 % 的吗啉乙磺酸(M/V)，0.5 % 的 reducingagentStock(V/V),0.1 %的微量元素储存液(V/V)，选择性添加Na2MoO4.2H20储存液。
[0013]其中Mineral solut1n stock (M/V)的组成为:8%氯化钠，10%氯化钱，I %氯化钾，I %的磷酸二氢钾，2 %的硫酸镁和0.4%的氯化钙。
[0014]Reducing Agent Stock (M/V)的组成为0.9%的氢氧化钠，4%的L-半胱氨酸盐酸盐和4%的九水硫化钠。
[0015]微量元素液储存液(Μ/V)的组成为I %的氨三乙酸，0.5%的硫酸镁，0.4%的硫酸亚铁铵，0.1 %的氯化钴，0.1 %的硫酸锌，0.01%的氯化镍，0.01%的砸酸钠和0.01%的钨酸钠和0.02%的硫酸铜。
[0016]Na2MoO4.2Η20储存液(Μ/V)是浓度为0.01%的钼酸钠溶液。
[0017]本发明能够提高气体生物转化发酵产物中醇类物质的浓度，有效地提高气体生物发酵产物的价值。
【附图说明】
[0018]图1:实施例1的菌株生长曲线图，
[0019]图2:实施例1中各发酵产物浓度图，
[0020]图3:实施例2的菌株生长曲线图，
[0021]图4:实施例3的菌株生长曲线图，
[0022]图5:实施例4的菌株生长曲线图，
[0023]图6:实施例4中各发酵产物浓度图。
【具体实施方式】
[0024]微量元素是维持厌氧微生物生长代谢和厌氧发酵酶系统活性的重要组成成分。某些微量元素能够促进菌的生长和激活酶的活性，进而促进生物合成。微量元素的刺激和拮抗作用对发酵的稳定运行都起到了重要的作用。申请人在长期的研究中发现在厌氧食气梭菌的培养基中调整钼酸根离子的浓度，可以显著提高气体生物转化发酵产物中醇类物质的浓度，有效地提高气体生物发酵产物的价值。
[0025]本发明具体实施例中使用的微生物为厌氧食气微生物Clostridiumcarboxidivorans菌株P7 (DSM15243)，购买自德国布伦瑞克的莱布尼兹研究所的德国微生物与细胞培养物保藏中心。
[0026]发明所用的培养基，包括但不限于Clostridium carboxidivorans菌株的培养基。
[0027]下面结合具体实施例对本发明进行详细的描述。
[0028]基本培养体系的构建说明
[0029]恒温振荡培养:500ml培养基中含15ml的mineral solut1n stock,0.5g的酵母提取物和2.5g的吗啉乙磺酸，2.5ml reducing agentStock。将配制好的培养基分装到10mL容量的血清瓶中，装液量为30mL。密封，以2L/min的速度充入99.999%的氮气5min后，在121°C高温灭菌20min。灭菌后，冷却至40°C左右，再加入0.1ml的微量元素储存液，以及Na2MoO4.2H20储存液和CuCl2.2H20储存液，完成培养体系构建。接入培养至对数生长期的 Clostridium carboxidivorans 菌株 P7 培养液 3ml，再以 2L/min 流速，0.2bar 压力持续通入模拟合成气(气体组成:50% CO,35% C02U5% H2)平衡5min，加压至0.2MPa密封。在37度，ISOrpm下振荡培养，每隔一定时间取样进行发酵产物检测。
[0030]实施例1:
[0031]在基础培养液中，不添加钼酸根离子。经过4天的恒温振荡培养，每24小时取样检测微生物生长情况；取第四天的样品，利用气相色谱法检测发酵液中乙醇、正丁醇和正己醇的浓度。菌株在第四天0D600达到0.96，第四天开始进入衰亡期(图1)。第四天乙醇、正丁醇和正己醇的产物浓度分别为0.24，0.16和0.06g/L(图2)。
[0032]实施例2:
[0033]在基础培养液中，添加终浓度为0.lmg/L的钼酸根离子。经过4天的恒温振荡培养，每24小时取样检测微生物生长情况；取第四天的样品，利用气相色谱法检测发酵液中乙醇、正丁醇和正己醇的浓度。菌株在第三天0D600达到0.79，第四天开始进入衰亡期(图3)。第四天乙醇产量为0.07g/L，无法检测到正丁醇和正己醇，同时菌的生长情况也较差。
[0034]实施例3:
[0035]在基础培养液中，添加终浓度为lmg/L的钼酸根离子。经过4天的恒温振荡培养，每24小时取样检测微生物生长情况；取第四天的样品，利用气相色谱法检测发酵液中乙醇、正丁醇和正己醇的浓度。菌株最高的浓度只能达到0D600 = 0.35(图4)。发酵产物中无法检测到任何醇类物质。
[0036]实施例4:
[0037]换用其他无机盐培养基，不添加钼酸根离子。经过4天的恒温振荡培养，每24小时取样检测微生物生长情况；取第四天的样品，利用气相色谱法检测发酵液中乙醇、正丁醇和正己醇的浓度。菌株在第四天0D600达到0.92，第四天开始进入衰亡期(图5)。第四天乙醇、正丁醇和正己醇的产物浓度分别为0.21,0.15和0.07g/L(图6)。
【主权项】
1.一种提高厌氧食气微生物发酵效率的方法，其特征在于，所述的方法是使用于发酵的培养基中钼酸根离子的终浓度不大于0.lmg/Lo2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的方法是在用于发酵的培养基中不添加钼酸根离子。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的厌氧食气微生物为厌氧食气梭菌。4.一种权利要求1所述方法使用的培养基，其特征在于，所述的培养基包括有2% -4%的 mineral solut1n stock,0.5%的酵母提取物，0.5%的吗啉乙横酸，0.5%的 reducingagent Stock, 0.1 %的微量元素储存液，且培养基中钼酸根离子的终浓度不大于0.lmg/L。5.如权利要求4所述的培养基，其特征在于，所述的Mineralsolut1n stock的组成为8 %氯化钠，10 %氯化铵，I %氯化钾，I %的磷酸二氢钾，2 %的硫酸镁和0.4%的氯化钙。6.如权利要求4所述的培养基，其特征在于，所述的ReducingAgent Stock的组成为0.9%的氢氧化钠，4%的L-半胱氨酸盐酸盐和4%的九水硫化钠。7.如权利要求4所述的培养基，其特征在于，所述的微量元素液储存液的组成为I%的氨三乙酸，0.5%的硫酸镁，0.4%的硫酸亚铁铵，0.1 %的氯化钴，0.1 %的硫酸锌，0.01%的氯化镍，0.01%的砸酸钠和0.01 %的钨酸钠。8.如权利要求4所述的培养基，其特征在于，所述的钼酸钠储存液为0.01%的钼酸钠。
【专利摘要】本发明的目的是提供一种提高厌氧食气微生物发酵产物中醇类物质浓度的培养体系，即通过对培养基中的组分进行优化，在振荡培养或连续通气搅拌培养体系中，实现微生物发酵产物中醇类物质浓度的提高。本发明的提高厌氧食气微生物发酵效率的方法，是使用于发酵的培养基中钼酸根离子的终浓度不大于0.1mg/L。本发明能够提高气体生物转化发酵产物中醇类物质的浓度，有效地提高气体生物发酵产物的价值。
【IPC分类】C12N1/20, C12P7/02
【公开号】CN105039423
【申请号】CN201510533004
【发明人】韩一凡, 郭亚琼, 谢彬涛, 王兴彪, 王敬敬, 张小霞, 黄志勇
【申请人】中国科学院天津工业生物技术研究所
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年8月27日