一种基于羧酸平台的水稻秸秆分相生物转化丁醇的方法技术

一种基于羧酸平台的水稻秸秆分相生物转化丁醇的方法，本发明专利技术涉及一种基于羧酸平台的水稻秸秆分相生物转化丁醇的方法。本发明专利技术的目的是为了解决现阶段丁醇发酵成本较高的问题，本发明专利技术方法为：一、预处理水稻秸秆；二、丁酸发酵；三、制备水稻秸秆水解液；四、将丁酸发酵液和水稻秸秆水解液进行混合；五、进行丙酮‑丁醇‑乙醇发酵，即完成。本发明专利技术采用预处理水稻秸秆作为原料，大幅降低原料成本；利用以预处理秸秆为原料的厌氧发酵液作为丁酸来源，可以有效提高底物的利用率和丁醇转化率，丁醇转化率可达到211～460g/kg预处理水稻秸秆，间接达到了降低纤维素酶使用量，降低生产成本的目的。本发明专利技术可应用于丁醇的制备领域。

【技术实现步骤摘要】
一种基于羧酸平台的水稻秸秆分相生物转化丁醇的方法
本专利技术涉及一种基于羧酸平台的水稻秸秆分相生物转化丁醇的方法。
技术介绍
目前传统化石燃料仍是全球最重要的能源，但世界能源结构正在从以煤炭为主转向更低碳能源为主转变，因此，环境友好的生物能源受到了广泛的关注。作为生物燃料，丁醇具有能量密度大、燃烧值高、与汽油配伍性好、挥发性低、可管道输送、腐蚀性较小、水溶性低和污染轻等优点。因此利用可再生原料通过微生物发酵法生产丁醇受到人们的普遍关注。目前，丁醇发酵的成本较高是限制其应用的主要因素。以廉价的木质纤维素类生物质作为原料是降低生产成本的有效方法之一。已有的利用木质纤维素生产丁醇的研究中，一般是先利用纤维素酶将木质纤维素水解为葡萄糖、木糖等单糖，再利用微生物发酵生产丁醇。而纤维素酶的高成本被认为是生物转化木质纤维素的最大障碍，开发降低纤维素酶使用量的发酵技术和工艺，则是攻克这一障碍的有效途径之一，现有以农业废弃物为原料的丁醇发酵转化率约为80.3-209.3g/kg预处理木质纤维素原料。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现阶段丁醇发酵成本较高的问题，提供了一种基于羧酸平台的水稻秸秆分相生物转化丁醇的方法。本专利技术一种基于羧酸平台的水稻秸秆分相生物转化丁醇的方法为：一、采用质量浓度为1％的NaOH对水稻秸秆进行预处理，得到预处理水稻秸秆；二、采用丁酸发酵菌群作为接种物，以预处理水稻秸秆为原料进行丁酸发酵，得到发酵液；三、利用纤维素酶对预处理水稻秸秆进行水解，得到水解液；四、将步骤二得到的发酵液进行离心，收集上清液，然后与水解液按体积比4:6或4：15的比例混合，得到混合液；五、用步骤四得到的混合液作为P2培养基的碳源，然后利用C.beijerinckiiNCIMB8052作为发酵菌种进行丙酮-丁醇-乙醇发酵，即完成基于羧酸平台的水稻秸秆分相生物转化丁醇的方法。本专利技术本专利技术包含以下有益效果：本专利技术采用预处理水稻秸秆为原料，利用预处理水稻秸秆水解液作为可发酵糖来源，并添加预处理水稻秸秆的厌氧发酵液作为丁酸来源，以P2培养基为基础，制备丁醇其主要步骤如下：A、利用混合菌群以预处理水稻秸秆为底物进行丁酸发酵；B、利用C.thermocellumATCC27405和C.thermobutyricumATCC49875，以预处理水稻秸秆为底物进行丁酸发酵；C、利用纤维素酶对预处理水稻秸秆进行水解；D、将步骤C所得的水解液分别与步骤A和步骤B获得的发酵液上清液混合，进行丙酮-丁醇-乙醇发酵，制备丁醇；本专利技术采用预处理水稻秸秆作为原料，大幅降低原料成本；利用以预处理秸秆为原料的厌氧发酵液作为丁酸来源，可以有效提高底物的利用率和丁醇转化率，丁醇转化率可达到211～460g/kg预处理水稻秸秆，间接达到了降低纤维素酶使用量，降低生产成本的目的。本专利技术使用农业废弃秸秆为原料进行丁醇的生物发酵制备，对资源的再生利用及无污染新资源的开发都具有重要意义。附图说明图1是实施例一和实施例二中的发酵装置；其中1为pH控制仪，2为接种口，3为取样口，4为水封，5为湿式气体流量计，6为温度探头，7为搅拌桨，8为pH探头，9为HCl，10为NaOH。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式一种基于羧酸平台的水稻秸秆分相生物转化丁醇的方法为：一、采用质量浓度为1％的NaOH对水稻秸秆进行预处理，得到预处理水稻秸秆；二、采用丁酸发酵菌群作为接种物，以预处理水稻秸秆为原料进行丁酸发酵，得到发酵液；三、利用纤维素酶对预处理水稻秸秆进行水解，得到水解液；四、将步骤二得到的发酵液进行离心，收集上清液，然后与水解液按体积比4:6或4：15的比例混合，得到混合液；五、用步骤四得到的混合液替换P2培养基的碳源，然后利用C.beijerinckiiNCIMB8052作为发酵菌种进行丙酮-丁醇-乙醇发酵，即完成基于羧酸平台的水稻秸秆分相生物转化丁醇的方法。本实施方式包含以下有益效果：本实施方式采用预处理水稻秸秆为原料，利用预处理水稻秸秆水解液作为可发酵糖来源，并添加预处理水稻秸秆的厌氧发酵液作为丁酸来源，以P2培养基为基础，制备丁醇其主要步骤如下：A、利用混合菌群以预处理水稻秸秆为底物进行丁酸发酵；B、利用C.thermocellumATCC27405和C.thermobutyricumATCC49875，以预处理水稻秸秆为底物进行丁酸发酵；C、利用纤维素酶对预处理水稻秸秆进行水解；D、将步骤C所得的水解液分别与步骤A和步骤B获得的发酵液上清液混合，进行丙酮-丁醇-乙醇发酵，制备丁醇；本实施方式采用预处理水稻秸秆作为原料，大幅降低原料成本；利用以预处理秸秆为原料的厌氧发酵液作为丁酸来源，可以有效提高底物的利用率和丁醇转化率，丁醇转化率可达到211～460g/kg预处理水稻秸秆，间接达到了降低纤维素酶使用量，降低生产成本的目的。本专利技术使用农业废弃秸秆为原料进行丁醇的生物发酵制备，对资源的再生利用及无污染新资源的开发都具有重要意义。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一所述的预处理温度为50℃，时间为72h。其他与具体实施方式一相同。具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一所述的水稻秸秆的长度为10～15cm。其他与具体实施方式一或二相同。具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤二所述的丁酸发酵菌群为中温丁酸发酵菌群或高温丁酸发酵菌群。其他与具体实施方式一至三之一相同。具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：采用中温丁酸发酵菌群的发酵方法为：用纤维素降解菌、半纤维素降解菌和丁酸发酵菌占优势的厌氧发酵菌群的发酵液作为接种物，利用PCS培养基，以预处理水稻秸秆为原料进行丁酸发酵，培养条件为37℃，50rpm，发酵4～7d；每升PCS培养基加入厌氧发酵菌群的发酵液50mL、预处理水稻秸秆20g；厌氧发酵菌群的发酵液的制备方法为：以预处理水稻秸秆为原料，厌氧发酵菌群接种量为5％，37℃静置发酵15～25d，得到发酵液。其他与具体实施方式一至四之一相同。PCS培养基的成分为(g/L)：预处理秸秆20，酵母粉1，蛋白胨5，CaCO32，NaCl5，半胱氨酸0.5，质量浓度为0.1％刃天青溶液0.5mL/L。具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：采用高温丁酸发酵菌群的发酵方法为：利用C.thermocellumATCC27405的发酵液和C.thermobutyricumATCC49875的发酵液作为接种物，利用1191培养基，采用补料分批发酵模式，以预处理水稻秸秆为原料进行丁酸发酵，培养条件为55℃，50rpm，发酵22d；每升1191培养基中加入C.thermocellumATCC27405发酵液100mL、C.thermobutyricumATCC49875发酵液10mL、预处理水稻秸秆20g；在发酵的第3、5、7、8、9、11、14、17和20天，分别补加20g预处理水稻秸秆和1g酵母粉；其中C.thermocellumATCC27405的发酵液的制备方法为：采用6g/L纤维二糖为原料，接种C.thermocellumATCC27405，接种量为5％，55℃，140r本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于羧酸平台的水稻秸秆分相生物转化丁醇的方法，其特征在于该方法为：一、采用质量浓度为1％的NaOH对水稻秸秆进行预处理，得到预处理水稻秸秆；二、采用丁酸发酵菌群作为接种物，以预处理水稻秸秆为原料进行丁酸发酵，得到发酵液；三、利用纤维素酶对预处理水稻秸秆进行水解，得到水解液；四、将步骤二得到的发酵液进行离心，收集上清液，然后与水解液按体积比4:6或4：15的比例混合，得到混合液；五、用步骤四得到的混合液替换P2培养基的碳源，然后利用C.beijerinckii NCIMB 8052作为发酵菌种进行丙酮‑丁醇‑乙醇发酵，即完成基于羧酸平台的水稻秸秆分相生物转化丁醇的方法。

【技术特征摘要】
1.一种基于羧酸平台的水稻秸秆分相生物转化丁醇的方法，其特征在于该方法为：一、采用质量浓度为1％的NaOH对水稻秸秆进行预处理，得到预处理水稻秸秆；二、采用丁酸发酵菌群作为接种物，以预处理水稻秸秆为原料进行丁酸发酵，得到发酵液；三、利用纤维素酶对预处理水稻秸秆进行水解，得到水解液；四、将步骤二得到的发酵液进行离心，收集上清液，然后与水解液按体积比4:6或4：15的比例混合，得到混合液；五、用步骤四得到的混合液替换P2培养基的碳源，然后利用C.beijerinckiiNCIMB8052作为发酵菌种进行丙酮-丁醇-乙醇发酵，即完成基于羧酸平台的水稻秸秆分相生物转化丁醇的方法。2.根据权利要求1所述的一种基于羧酸平台的水稻秸秆分相生物转化丁醇的方法，其特征在于步骤一所述的预处理温度为50℃，时间为72h。3.根据权利要求1所述的一种基于羧酸平台的水稻秸秆分相生物转化丁醇的方法，其特征在于步骤一所述的水稻秸秆的长度为10～15cm。4.根据权利要求1所述的一种基于羧酸平台的水稻秸秆分相生物转化丁醇的方法，其特征在于步骤二所述的丁酸发酵菌群为中温丁酸发酵菌群或高温丁酸发酵菌群。5.根据权利要求1所述的一种基于羧酸平台的水稻秸秆分相生物转化丁醇的方法，其特征在于采用中温丁酸发酵菌群的发酵方法为：用纤维素降解菌、半纤维素降解菌和丁酸发酵菌占优势的厌氧发酵菌群的发酵液作为接种物，利用PCS培养基，以预处理水稻秸秆为原料进行丁酸发酵，培养条件为37℃，50rpm，发酵4～7d；每升PCS培养基加入厌氧发酵菌群的发酵液50mL、预处理水稻秸秆20g；厌氧发酵菌群的发酵液的制备方法为：以预处理水稻秸秆为原料，厌氧发酵菌群接种量为5％，37℃静置发酵15～25d，得到发酵液。6.根据权利要求1所述的一种基于羧酸平台的水稻秸秆分相生物转化丁醇的方法，其特征在于采用高温丁酸发酵菌群的发酵方法为：利用ClostridiumthermocellumATCC27405的发酵液和C.thermobutyricumATCC49875的发酵液作为接种物，利用1191培养基，采用补料分批发酵模式，以预处理水稻秸秆为原料进行丁酸发酵，培养条件为55℃，50rpm，发酵22d；每升1191培养基中加入C.thermocellumATCC27405发酵液100mL、C.thermobutyricumATCC49875发酵液10mL、预处理水稻秸秆20g；在发酵的第3、5、7、8、9、11、14、17和20天，分别补加20g预处理水稻秸秆和1g酵母粉；其中C.ther...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建政，迟雪，王鑫，张亚非，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23