一种木质纤维素生物质联产乙醇、丙酮和丁醇的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种木质纤维素生物质综合利用的方法，具体设及一种木质纤维素生 物质联产己醇、丙酬和了醇的方法。
【背景技术】
[0002] 自工业革命时代W来，经济在W石油煤炭为代表的化石能源被急剧消耗的基础上 高速发展。中国石油储备量仅占世界的2%，而年消费量却高居世界第二位。世界上石油的 可开采量越来越少，而中国的经济发展导致石油的消耗在日益增长。2011年中国原油净进 口量首次突破2亿吨，对外依存度超过55 %，2012年中国原油进口对外依存度升至58 %。 专家预计全球现有石油储备量仅可维持100年左右的消耗，而中国如果按现有消耗量，不 到50年国内原油资源将消耗殆尽，因此对进口原油的过度依赖已经威胁到中国的资源供 应和战略安全。根据FAO数据显示，到2030年世界人口将增至65亿，能源需求上升60%。 因此，由化石燃料燃烧导致的环境污染问题已经摆上各国议程。化石等不可再生资源的消 耗必然导致能源危机，直接制约着现代社会的发展。开发和利用可再生能源是人类立早自 身解决能源问题的重要举措之一，其中燃料己醇是世界上生产和使用规模最大的生物质液 体燃料。
[0003] 了醇是一种极具潜力的新型生物燃料，具有亲水性弱，腐蚀性小，便于管道输送， 能与汽油任意比混合，含氧量与甲基叔了基離（MTB巧相近等优点。了醇作为燃料，其热值 和汽油相当，能量高于己醇近50%。此外，了醇还是重要的有机化工原料，可用作油漆和表 面涂料的溶剂和各种塑料、橡胶制品的生产。随着石油资源的匿乏，了醇显示出在能源方面 的实用价值。
[0004] 丙酬是优良的有机溶剂和重要的化工原料，广泛应用于化工、塑料、有机合成、油 漆等工业。丙酬最大的消费领域为溶剂，占其消费总量28%，其次是甲基丙締酸甲醋MMA和 双酪A，分别占其消费总量的23%和21 %，其他还用于生产丙酬氯醇和异丙醇等。由于目前 丙酬、了醇生物发酵法成本远远高于化学法，所W国内外丙酬的生产方式仍采用丙締直接 氧化、异丙醇法、异苯丙法等化学方法。然而由于石油化工行业的迅猛发展，导致各国的丙 酬、了醇发酵工业一路衰败。
[0005] 随着石油资源的短缺，石油价格的不断上扬，经济和社会的发展需要进行资源，能 源，环境等一场革命。在经济发展和社会发展的双重驱动下，世界各国开始重新关注微生物 发酵法生产丙酬、了醇的研究。如reshi等人通过丙酬、了醇梭菌发酵玉米纤维生产了醇，随 后又研究了拜氏梭菌发酵小麦枯杆生产丙酬、了醇。在我国，中国科学院上海生命科学研究 院植物生理生态所科研人员利用一株高了醇比例的丙酬了醇梭菌，通过遗传操作改造该菌 株代谢途径，将该菌丙酬合成途径关键酶基因敲除，阻断丙酬的产生大大提高了了醇比例。 刘自勇等人研究了小麦款皮酸水解后的混合糖发酵生产丙酬、了醇，了醇含量达8. 8g/L。山 东大学方翊教授研究组采用湿盘法对玉米巧预处理，研究了W玉米巧为原料同步糖化法和 分步糖化法对了醇含量的影响，发现产物了醇对细胞的毒性限制了总溶剂终浓度，导致后 续成本较高，难w和化学合成法相竞争，所w菌种改良的目标就是选育高了醇耐受性、高了 醇比例的高产菌。斬孝庆等也提出使用低价原料、提高了醇菌株耐受性和提高了醇比例是 提高生物法生产了醇竞争力的唯一出路。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种木质纤维素生物质联产己醇、丙 酬和了醇的方法。
[0007] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[000引一种木质纤维素生物质联产己醇、丙酬和了醇的方法，包括W下步骤：
[0009] (1)将木质纤维素材料粉碎，W液固质量比2~5 ;1置于质量浓度为0. 5%~15% (w/w)的氨水溶液中浸泡得混合物；
[0010] (2)将步骤（1)所得的混合物进行固液分离，液体用于下一批木质纤维素材料浸 泡，将含水固体（固含量30%~60%w/w)进行爆破处理得到爆破渣，爆破压力为1.8~ 2. 5MPa，保压60~350s后在2~10s内完全卸压；
[0011] 做将步骤似中的爆破渣W液固质量比为4~8:1置于水中，调节抑为4~ 6、放入酶解反应器中，设置温度为45~60°C，混匀，添加纤维素酶酶液和木聚糖酶酶液，纤 维素酶酶液添加量为：按爆破渣干物质中每克纤维素质量添加纤维素酶酶液5~10FPU，木 聚糖酶酶液添加量为：按爆破渣干物质中每克纤维素质量添加木聚糖酶酶液5~40U，糖化 2~2化后，降温至40°C，将糖化后的渣液一起累入发酵罐，接种活化后的酿酒酵母菌液，进 行同步糖化发酵12~72h;
[001引 （4)然后向步骤做中发酵罐按发酵液的体积接入2~10% (v/v)的活化后的拜 氏梭菌液，进行发酵得发酵液；
[0013] (5)将步骤（4)中的发酵液经减压蒸馈得到粗己醇、丙酬、了醇，进一步精馈和脱 水得到无水己醇、丙酬、了醇。
[0014] 步骤（1)中，所述的木质纤维素材料指一年生的草本植物或农业废弃物（枯杆、玉 米巧等），其含水量为3%~40% (w/w)。
[0015] 步骤（1)中，将木质纤维素材料粉碎至2~10cm。
[0016]步骤（1)中，所述的氨水溶液质量浓度为5%~10% (w/w)，浸泡时间为lOmin~ 2化。
[0017] 步骤（2)中，所述含水固体置于爆破机中，保压后瞬间（2~10s)降压喷出爆破 渣。
[001引步骤（3)中，纤维素酶酶液来源于青霉酶系，优选草酸青霉菌株（本发明中草酸 青霉保藏在中国普通微生物保藏管理中屯、，保藏编号CGMCCNO. 5302,记载在中国专利《一 种提高纤维素酶和半纤维素酶酶活性的草酸青霉菌株》中，申请号；201410160118. 0)，其具 体培养方法如下，①菌种活化：草酸青霉在PDA平板上于30°C条件下，生长7天，然后挑取 单菌落划线于含有PDA琼脂（马铃馨粉；5.Og/l，葡萄糖；20.Og/l，琼脂；15.Og/l，氯霉素： 0.Ig/L)的茄形瓶中，28°C培养7天，然后用无菌水洗出，接入液体活化培养基中培养36h， 即得活化后的草酸青霉，草酸青霉的数量为IX106-101古即/ml,菌丝短、粗壮呈现菊花状。
[0019] 所述PDA平板的配方是；马铃馨300克、葡萄糖20克、琼脂15~20克、自来水1000 毫升、自然pH。所述液体活化培养基的配方是；葡萄糖lOg/l，蛋白腺lOg/l，玉米巧lOg/l， 款皮lOg/L碳酸巧5g/L。
[0020] ②发酵：将活化好的草酸青霉菌种按照5~10% (v/v)的接种量转接于液体发酵 培养基中，调节抑为5. 0~5. 5,12rC灭菌30min，发酵72~12化获得纤维素酶酶液。
[0021] 所述液体发酵培养基的配方是；步骤（2)中爆破渣2~30g/l，款皮20~40g/l， 尿素1~lOg/L豆饼粉3~lOg/l，硫酸锭1~3g/l，硫酸儀0. 5g/L和磯酸二氨钟1~3g/ L，抑为5. 0~5. 5。
[0022] 步骤（3)中，木聚糖酶酶液来源于链霉菌酶系，优选为链霉菌为中国工业微生物 菌种保藏管理中屯、CICC的菌种编号为11020的菌种。
[0023] 具体培养方法如下：
[0024] ①菌种活化；链霉菌木聚糖酶菌种活化在PDA平板（配方为；马铃馨300克、葡萄 糖20克、琼脂15~20克、自来水1000毫升、自然pH)上32°C生长7天，然后挑取单菌落划 线于含有将在玉米巧水不溶性木聚糖平板上生长5天（32°C)的菌落接到液体种子培养基 中，在32°C培养48小时，观察生长状态，挑取生长良好的备用，液体培养基中链霉菌的数量 为lXl〇6-lX10