一种电化学装置利用玉米芯水解液的方法
【技术领域】
[0002] 本发明属于电化学生物法发酵领域，具体涉及一种电化学装置利用玉米芯水解液 的方法。
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【背景技术】
[0004] 中国是一个农业大国，玉米是三大粮食作物之一，形成大量的秸杆、玉米芯等生物 质原料。目前，中国鲤鱼玉米芯的水平较低，绝大部分作为燃料使用，造成较严重的资源浪 费。玉米芯主要含有纤维素、半纤维素和木质素，其中纤维素和半纤维素可以降解形成可发 酵糖。对玉米芯的处理有多种技术，包括蒸汽爆破技术，稀酸预处理技术和酸酶水解技术 等。其中稀酸预处理技术较为成熟。
[0005] 丁二酸，又名琥拍酸（succinateacid),是一种常见的天然有机酸，是三羧酸循环 的中间代谢产物之一，广泛存在于动、植物和微生物中。作为一种重要的碳四平台化合物， 丁二酸是重要的中间产物和1，4_ 丁二醇（BDO)、丁内酯、四氢呋喃、N-甲基吡咯烷酮 (NMP)、已二酸、苹果酸以及新型的生物降解塑料产品聚丁二酸丁二醇酯（PBS)等专业化学 制品的前体物质，这些化学品的市场总额达150亿美金。最新的研究结果还表明丁二酸在 生物降解塑料的制备应用方面具有非常广阔的前景。将丁二酸与1，4-丁二醇进行聚合反 应可生成一类新型的生物降解塑料产品--聚丁二酸丁二醇酯（PBS)。
[0006] 丁二酸的合成方法有化学法和生物法，目前工业应用的主要为化学法生产丁二 酸。化学法主要有催化加氢法、石蜡氧化法、电化学合成法。但是化学法主要利用不可再生 的石油资源作为原料，成本高，污染严重而且无法可持续发展，严重限制了丁二酸的发展。 而生物法产丁二酸产量相对较低。近年来，随着石化资源的日益枯竭，环境危机日益加剧， 越来越多的国内外研究者将目光放在了生物电化学法制备丁二酸上。与传统的合成方法相 t匕，生物电化学法具有明显的优势。生物电化学生物法利用玉米芯水解液发酵产丁二酸具 有降低成本、废弃物再利用、优良的环境效益以及具有固定温室气体〇) 2等优势。
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【发明内容】
[0008] 针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种电化学装置利用玉米芯水解液 的方法，生产方法简单，操作方便，废弃物再利用，低污染，低成本，丁二酸收率高。
[0009] 为解决现有技术问题，本发明采取的技术方案： 一种电化学装置利用玉米芯水解液的方法，包括以下步骤： 步骤1，将玉米芯加到稀硫酸中灭菌后，经活性炭脱色、抽滤、旋蒸处理后得玉米芯水解 液； 步骤2,配种子培养基、阴极液、阳极液、种子洗液、电子中介体、DTT; 步骤3,对种子培养基、阴极液、阳极液、种子洗液、电子中介体、DTT、生物电化学反应器 以及血清瓶进行高温灭菌处理； 步骤4,取灭菌后的血清瓶，接入种子培养基，通入C02后再接入产琥珀酸放线杆菌swcciflogefles)摇床培养后作为发酵菌种； 步骤5,将发酵菌种在8000~12000rpm下离心去上清后，用种子洗液洗涤3~5次再离心 得菌体，将菌体接入阴极液，再将〇. 〇2~0. 03g/L的电子中介体和玉米芯水解液加入阴极液 中，混匀，最后接入到生物电化学反应器的阴极腔，再将0. 15~0.25g/L的DTT加入到阳极 液，混匀，接入到生物电化学反应器的阳极腔，其中阴极腔和阳极腔通过质子交换膜隔开； 步骤6,向生物电化学反应器的阴极腔内通入化学C02，并调节通气量，再将生物电化学 反应器接通电在37 °C下发酵得产品。
[0010] 作为优选的是，步骤2中电子中介体为苯醌、中性红、硫素或甲基紫罗碱中的一 种。
[0011] 作为优选的是，步骤2,种子培养基（g*!/1)包括葡萄糖10,酵母提取物5,玉米浆 5,NaHC03 10,NaH2P04 ? 2H20 9. 6,K2HP04 ? 3H20 15. 5 ;阴极液（g?I71)包括酵母提取物 5， NaH2P04 ? 2H20 8. 5,Na2HP04 ? 12H20 31. 51，NaHC03 10 ;电子中介体（g?I71) 0? 0288 ;阳极液 (g?L-1)包括Na2HP04 ? 12H20 2. 51，NaH2P04 ? 2H20 2. 81，NaCl1. 45 ;DIT(g?I71) 0? 2 ;种 子洗液（g?L-1)包括Na2HP04 ? 12H20 5，NaH2P04 ? 2H20 5. 6,DTT0? 15。
[0012] 作为优选的是，步骤4,产琥拍酸放线杆菌（swcciflogefles)为 NJ113、AATCC55618t、CGMCC1593 或 130ZT中任一种。
[0013] 作为优选的是，步骤5,玉米芯水解液中总糖浓度为10~20g/L。
[0014] 作为优选的是，步骤6,电压为-1.8V~-0. 8V;C02的通气量为0. 02~0. 05L/ (min*L);发酵时间为12~36h。
[0015] 有益效果 本发明利用电化学装置利用玉米芯水解液的方法简单，易操作，与现有发酵技术相比， 丁二酸的产量提高，其中，玉米芯水解液的最佳总糖浓度为15g/L，产物浓度为7. 8g/L当电 压为-1. 4V时，产物浓度为7. 8g/L，当C02的通气量为0. 04L/ (min*L)，产物浓度为7. 8g/ L。而且使废物再利用，节约了成本，低污染，适合工业化操作。
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【附图说明】
[0017] 图1为本发明方法产丁二酸的液相色谱图。
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【具体实施方式】
[0019]实施例1 一种电化学装置利用玉米芯水解液的方法，包括以下步骤： 步骤1，稀酸法降解玉米芯：每克玉米芯加5mL体积分数为2%的稀H2S04,121°C，灭菌 20min，活性炭脱色，抽滤、旋蒸。
[0020] 步骤2,配种子培养基、阴极液、阳极液、种子洗液，其中，种子培养基（g*!/1)包 括葡萄糖 10 (分消），酵母提取物 5,玉米浆 5,NaHC03 10,NaH2P04 ? 2H20 9. 6,K2HP04 ? 3H20 15. 5 ;阴极液（g?I71)包括酵母提取物 5,NaH2P04 ? 2H20 8. 5,Na2HP04 ? 12H20 31. 51，NaHC03 10 ;中性红（g.T1) 0? 0288 ;阳极液（g包括Na2HP04 *12H20 2. 51，NaH2P04.2H20 2. 81， NaCl1. 45 ;DIT(g.I71) 0? 2 ;种子洗液（g.I71)包括Na2HP04.12H20 5，NaH2P04.2H20 5. 6， DTT0. 15。
[0021] 步骤3,对种子培养基、阴极液、阳极液、种子洗液、中性红、DTT、生物电化学反应器 装置以及l〇〇ml的血清瓶在121°C下灭菌20分钟，备用。
[0022] 步骤4,取灭菌后的血清瓶，接