以海洋藻类为原料生产生物丁醇的方法

文档序号:9838589阅读:772来源:国知局
以海洋藻类为原料生产生物丁醇的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于生物工程技术领域,特别涉及一种以海洋藻类为原料,通过预处理糖 化海藻,得到海藻水解液,以海藻水解液为原料生产生物丁醇的方法。
【背景技术】
[0002] 随着化石能源、尤其是石油的逐渐枯竭。以生物能源为主的新型可替代能源的发 展势在必行。丁醇是一种重要的平台化学品,主要用于制造增塑剂或用作溶剂、萃取剂等; 近年来,研究人员发现丁醇的热值、辛烷值与汽油相当;其含氧量与汽油中常用的甲基叔丁 基醚相近;不会腐蚀管道、不易吸水,便于管道输送;蒸汽压低,安全性高,且能与汽油以任 意比混合。所以,丁醇已成为被世界各国企业和研究机构强烈关注的一种极具潜力的新型 生物燃料[Durre,P.,Biobutanol :an attractive biofuel ·Biotechnol · J. 2007,2,( 12), 1525-34.]。其原料和生产工艺与生物乙醇相似,但生物丁醇的蒸汽压力低,与汽油混合时 对杂质水的宽容度大,而且腐蚀性较小,与现有的生物燃料相比,能够与汽油达到更高的混 合比(混合燃料中可混入20%的丁醇),而无需对车辆进行改造。丁醇还是一种高能量生物 燃料,与传统燃料相比,每加仑可支持汽车多走10%的路程,与乙醇相比,可多走30%的路 程。生物丁醇的发酵原料以农作物为主,如专利"一种半连续发酵生产生物丁醇的方法",使 用半连续发酵方法,以糖丁酸梭菌发酵甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜及木质纤维素水解糖浆等糖质 原料制备生物丁醇过程中的应用,存在与人争粮的问题。专利"一种以木薯为原料制取燃油 生物丁醇的方法"介绍了以薯为原料制备生物丁醇的方法,其又存在与地争粮的问题。以农 业废弃物为原料生产生物丁醇如专利"一种稻壳生产生物丁醇的方法"以及以"木质纤维素 原料联产生物柴油与生物丁醇的方法"又有原料分散,不利于收集等弊端。以海洋藻类为原 料生产生物能源与传统方法相比具有不与人争地、不与地争粮的优势。且拥有丰富的原材 料我国是海藻养殖大国,据不完全统计,在18000公里的沿海线上,我们分别栽培生产了占 全球90 %、80%以上的海带、紫菜等经济海藻,全球海藻总产量为1860万吨,我国海藻产量 为1450万吨,占全球总产量的78%。以海洋藻类生产生物丁醇具有诸多问题。首先藻类细胞 壁屏障影响细胞内多糖分解利用,海藻处理液中褐藻多酚等对菌体生长具有抑制作用等。

【发明内容】

[0003] 本发明的一个目的是解决至少上述问题,并提供至少后面将说明的优点。
[0004] 本发明还有一个目的是提供一种生物丁醇的生产方法,其能够克服以海洋藻类生 产生物丁醇的诸多问题,实现以预处理后的海藻为原料制备发酵培养基,以接种发酵生产 生物丁醇;
[0005] 为了实现根据本发明的这些目的和其它优点,提供了一种生物丁醇的生产方法, 其特征在于,以海藻为原料经预处理后用于制备发酵培养基,以接种发酵生产生物丁醇。
[0006] 优选的是,其中,以海藻为原料经预处理后用于制备发酵培养基,在35-40Γ下连 续厌氧发酵72-120h以接种发酵生产生物丁醇,其中,菌种种子液接种发酵培养基的量占发 酵培养基总体积的6-12%。
[0007] 优选的是,其中,以海藻为原料经预处理后用于制备发酵培养基,在37°C下连续厌 氧发酵72h以接种发酵生产生物丁醇,其中,菌种种子液接种发酵培养基的量占发酵培养基 总体积的10 %。
[0008] 优选的是,其中,所述海藻的含水量小于等于2%。
[0009] 优选的是,其中,还包括将发酵培养基以装量为发酵罐体积的55-75%加入发酵罐 中进行连续厌氧发酵。
[0010]优选的是,其中,所述海藻预处理的具体方法包括以下步骤:
[0011] 6.1)将浓度为50-200g/L的海藻匀浆液固液分离后获得海藻,向海藻中加入纤维 素酶进行糖化处理3d获得酶解液,其中,纤维素酶的添加量为10-30FPU/g底物;以及 [0012] 6.2)将所述酶解液浓缩至原体积一半,用于制备发酵培养基。
[0013] 优选的是,其中,所述发酵培养基的具体配制方法为,将预处理后的海藻冷却至室 温,之后向其中依次加入硫酸铵磷酸、二氢钾、乙酸钠、磷酸二氢钾、硫酸镁、硫酸锰和硫酸 铁,使得发酵培养基中硫酸铵磷酸、二氢钾、乙酸钠、磷酸二氢钾、硫酸镁、硫酸锰和硫酸铁 的浓度分别为 10-20g/L、2-10g/L、2-10g/L、1-1.5g/L、1-1.5g/L、0.02-0.048/1和0.02-〇 · 〇4g/L;之后,调节pH值为6 · 5-7 · 0,在115-121°C下灭菌15-30min,制得发酵培养基。
[0014] 优选的是,其中,所述菌种种子液的培养方法为:
[0015] 8.1)将菌种接种到一级液体培养基中,之后将接种有菌种的一级液体培养基在75 °C水浴lOmin,之后将其至于37°C厌氧培养至一级液体培养基中的菌体生长至0D600 = 0.8 时获得一级菌液;
[0016] 8.2)将一级菌液转接至二级液体培养基中37°(:厌氧培养至菌体生长至00600 = 0.2时停止发酵,获得菌种种子液;
[0017] 其中,一级液体培养基与二级液体培养基的体积比为1:100。
[0018] 优选的是,其中,所述一级液体培养基为液体RCM培养基,所述二级液体培养基为 液体CGM培养基。
[0019] 优选的是,其中,所述菌种为丙酮丁醇梭菌Clostridium acetobutylicum ATCC 824或者拜氏梭菌Clostridium beijerinckii NCIMB 8052中的一种或者两种的等体积混 合物。
[0020] 本发明至少包括以下有益效果:
[0021] 本发明方法能够以海洋藻类为原料生产生物能源丁醇,其与传统方法相比具有不 与人争地、不与地争粮的优势;本发明方法中应用纤维素酶对海藻进行糖化预处理,破除了 藻类细胞壁屏障,实现了对海藻细胞内多糖分解利用,并且通过本发明方法克服了海藻处 理液中褐藻多酚等对菌体生长具有抑制作用,实现和提高了生物丁醇的高效产出,对促进 海洋藻类生物丁醇生产的产业化发展、以及环境保护、粮食安全保障具有重要意义。
[0022] 本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现,部分还将通过对本 发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
【具体实施方式】
[0023] 下面对本发明做进一步的详细说明,以令本领域技术人员参照说明书文字能够据 以实施。
[0024] 应当理解,本文所使用的诸如"具有"、"包含"以及"包括"术语并不配出一个或多 个其它元件或其组合的存在或添加。
[0025] -种生物丁醇的生产方法,其特征在于,以海藻为原料经预处理后用于制备发酵 培养基,以接种发酵生产生物丁醇。
[0026] 一个优选方案中,以海藻为原料经预处理后用于制备发酵培养基,在35-40°C下连 续厌氧发酵72-120h以接种发酵生产生物丁醇,其中,菌种种子液接种发酵培养基的量占发 酵培养基总体积的6-12%。
[0027] -个优选方案中,以海藻为原料经预处理后用于制备发酵培养基,在37°C下连续 厌氧发酵72h以接种发酵生产生物丁醇,其中,菌种种子液接种发酵培养基的量占发酵培 养基总体积的10 %。
[0028] -个优选方案中,所述海藻的含水量小于等于2%。
[0029] -个优选方案中,还包括将发酵培养基以装量为发酵罐体积的55-75%加入发酵 罐中进行连续厌氧发酵。
[0030] -个优选方案中,所述海藻预处理的具体方法包括以下步骤:
[0031] 6.1)将浓度为50_200g/L的海藻匀浆液固液分离后获得海藻,向海藻中加入纤维 素酶进行糖化处理3d获得酶解液,其中,纤维素酶的添加量为10_30FPU/g底物;以及
[0032] 6.2)将所述酶解液浓缩至原体积一半,用于制备发酵培养基。
[0033] 优选的是,其中,所述发酵培养基的具体配制方法为,将预处理后的海藻冷却至室 温,之后向其中依次加入硫酸铵磷酸、二氢钾、乙酸钠、磷酸二氢钾、硫酸镁、硫酸锰和硫酸 铁,使得发酵培养基中硫酸铵磷酸、二氢钾、乙酸钠、磷酸二氢钾、硫酸镁、硫酸锰和硫酸铁 的浓度分别为 10-20g/L、2-10g/L、2-10g/L、1-1.5g/L、1-1.5g/L、0.02-0.048/1和0.02-〇 · 〇4g/L;之后,调节pH值为6 · 5-7 · 0,在115-121°C下灭菌15-30min,制得发酵培养基。
[0034] -个优选方案中,所述菌种种子液的培养方法为:
[0035] 8.1)将菌种接种到一级液体培养基中,之后将接种有菌种的一级液体培养基在75 °C水浴lOmin,之后将其至于37°C厌氧培养至一级液体培养基中的菌体生长至0D600 = 0.8 时获得一级菌液;
[0036] 8.2)将一级菌液转接至二级液体培养基中37°(:厌氧培养至菌体生长至00600 = 0.2时停止发酵,获得菌种种子液;
[0037] 其中,一级液体培养基与二级液体培养基的体积比为1:100。
[0038] -个优选方案中,所述一级
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