一种用于丁醇发酵培养基的制备方法技术

本发明专利技术涉及的一种用于丁醇发酵的培养基的制备方法，步骤如下：以秸秆稀酸水解得到的五碳糖作为碳源，玉米浸液和淀粉乳作为营养物质，利用丙酮丁醇梭菌（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ．ａｃｅｔｏｂｕｔｙｌｉｃｕｍ）发酵得到１．８％～２．３％的总溶剂。本发明专利技术提供的培养基使丁醇发酵达到了工业化生产的要求，实现了廉价的秸秆与工业废料玉米浸液替代传统粮食原料或化学合成培养基发酵生产丁醇，降低了原料的成本，同时还减少因秸秆燃烧以及玉米浸液对环境的污染，具有良好的经济效益和社会。

【技术实现步骤摘要】

本方法属于发酵工业领域，特别涉及。
技术介绍
丁醇是一种重要的溶剂，也是涂料、塑料、橡胶等产品的主要原料。丁醇还是一种 极具潜力的新型生物燃料。与甲醇和乙醇相比，丁醇在性能上与汽油更为接近，其热值、 辛烷值与汽油相当，且能与汽油以任意比混合。丁醇生物发酵一般是利用丙酮丁醇梭菌 (Clostridium, acetobutylicum)在厌氧条件下进行的，其主要产物为丙酮、丁醇、乙醇，统 称为丙丁总溶剂。丙酮丁醇发酵曾经在生产规模上仅次于乙醇发酵。但从20世纪60年代 以后，由于化学合成丁醇的竞争，丁醇发酵工艺逐渐萎缩。随着石化资源的耗竭和温室效应 等环境问题的日益突出，使丙酮丁醇发酵重新受到了人们的重视。发酵的成本过高是丙酮丁醇发酵工业缺乏竞争性的重要原因。传统的玉米等粮食 发酵原料成本在总成本中约占75%。植物秸秆是自然界中储量最丰富的可再生资源，其中 半纤维素的含量约占15% 30%。半纤维素经过稀酸水解可降解成五碳糖，进而被丙酮丁 醇梭菌利用发酵生产丁醇。目前，国内外已报道的利用五碳糖发酵丁醇均为化学合成培养 基，价格比较昂贵。若能有效利用秸秆中的大量廉价的五碳糖，将会大大降低丁醇发酵的生 产成本。此外，丙酮丁醇梭菌的代谢还受到微量元素的影响，需要在培养基中添加适量的营 养物质以促进微生物的生长。玉米湿法加工中的玉米浸泡液往往是玉米深加工业的污染之 一，而玉米浸泡液含有淀粉和丰富的微量元素，Parekh曾利用6%的葡萄糖与1. 6%的玉米 浸泡液组成的培养基可以发酵生产2%的丁醇，玉米浸泡液可以代替化学试剂作为丁醇发 酵的营养物质的来源。针对丁醇发酵原料成本过高的问题，本专利技术采用秸秆稀酸水解得到的五碳糖作为 传统粮食发酵的替代原料，用玉米浸液和淀粉乳最为营养物质替代化学合成培养基发酵生 产丁醇，以降低丁醇发酵的原料成本，缓解我国粮食供应不足以及环境污染的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于丁醇发酵的培养基的制备方法，即利用秸秆稀酸 水解得到廉价的五碳糖作为碳源，玉米浸液和淀粉乳作为营养物质组成发酵培养基生产丁 醇。本专利技术实现了廉价的秸秆木糖和工业废料玉米浸液替代传统粮食淀粉、合成培养基发 酵丁醇，降低了发酵原料的成本，具有良好的经济效益。本专利技术的技术方案如下本专利技术提供的一种用于丁醇发酵的培养基的制备方法，其步骤如下1)秸秆五碳糖的制备秸秆经粉碎后送入水解罐，同时加入0. 3% 0. 5%的稀硫酸，秸秆和稀硫酸的比 控制在1 3 1 7，在110°C 130°C的温度下水解2 3h，然后利用螺旋挤压机将水 解液中的固体和液体分开，得到的水解液经过电渗析、碱性阴离子树脂柱脱去其中的酸根离子，即得到秸秆五碳糖液，其中五碳糖的浓度为4% 10% ；2)发酵培养基的制备将玉米湿法加工后的玉米浸膏进行闪蒸以去除其中的亚硫酸，闪蒸后的玉米浸液 与淀粉乳以50 1 0. 1 1的比例混合作为营养物质，加入到步骤1)的秸秆五碳糖液 中作为发酵培养基；所述的秸秆五碳糖和营养物质的质量比为10 1 1 1。3)汽爆秸秆木糖发酵丙酮丁醇将步骤2)的发酵培养基送入发酵罐中，调至pH6. 5，灭菌后接入5 10%的丙酮 丁醇种子液，30 35°C下厌氧发酵2 3d ；用气相色谱测定发酵液中的溶剂含量；所述丙 酮丁醇种子液的制备为将丙酮丁醇梭菌(Clostridium, acetobutylicum)接入到6%的玉 米醪培养基中，厌氧发酵2 3d后制得发酵醪。本专利技术的一种用于丁醇发酵的培养基的制备方法，具有下述优点首先，采用本发 明提供的发酵培养基，总溶剂产量为1. 8% 2. 3%，达到了工业化发酵生产的要求；其次， 本专利技术利用秸秆中的五碳糖作为碳源，玉米浸液和淀粉乳混合作为营养物质发酵丁醇，替 代了传统的粮食发酵原料和化学合成培养基，降低了丁醇发酵的原料成本，减少因秸秆燃 烧以及玉米深加工中产生的玉米浸液对环境的污染，具有良好的经济效益和社会。具体实施例方式下面通过实施例进一步描述本专利技术。实施例1玉米秸秆经粉碎后送入水解罐中，加入0. 3 %的稀硫酸，秸秆和稀硫酸的比为 1 6，在130°C下水解2h，然后利用螺旋挤压机将水解液中的固体和液体分开，得到水解渣 和水解液，秸秆水解液经过DSA V型电渗析装置、碱性阴离子树脂交换装置脱去其中的酸根 离子，得到五碳糖浓度为4-10%的秸秆木糖作为碳源；闪蒸后的玉米浸膏中亚硫酸的浓度 为0.05g/L，将闪蒸后的玉米浸液和玉米淀粉乳以5 1的比例混合作为营养物质，补加到 秸秆五碳糖液中作为发酵培养基，营养物质和秸秆五碳糖的质量比为1 10;用NaOH调节 发酵培养基至PH6.5，在121°C下灭菌lOmin，接入8%的丙酮丁醇种子液，35°C下厌氧发酵 3d得到总溶剂含量为1.8%的发酵醪。实施例2玉米秸秆经粉碎后送入水解罐中，加入0. 3 %的稀硫酸，秸秆和稀硫酸的比为 1 5，在120°C下水解2h，然后利用螺旋挤压机将水解液中的固体和液体分开，得到水解渣 和水解液，秸秆水解液经过DSA V型电渗析装置、碱性阴离子树脂交换装置脱去其中的酸根 离子，得到五碳糖浓度为6%的秸秆木糖作为碳源；闪蒸后的玉米浸膏中亚硫酸的浓度为 0.05g/L，将闪蒸后的玉米浸液和玉米淀粉乳以3 1的比例混合作为营养物质，补加到秸 秆五碳糖液中作为发酵培养基，营养物质和秸秆五碳糖的质量比为1 50;用NaOH调节发 酵培养基至PH6. 5，在121°C下灭菌lOmin，接入8%的丙酮丁醇种子液，35°C下厌氧发酵3d 得到总溶剂含量为2. 0%的发酵醪。实施例3玉米秸秆经粉碎后送入水解罐中，加入0.3%的稀硫酸，秸秆和稀硫酸的比为1 5，在130°C下水解2h，然后利用螺旋挤压机将水解液中的固体和液体分开，得到水解渣 和水解液，秸秆水解液经过DSAV型电渗析装置、碱性阴离子树脂交换装置脱去其中的酸根 离子，得到五碳糖浓度为4-10%的秸秆木糖作为碳源；闪蒸后的玉米浸膏中亚硫酸的浓度 为0.05g/L，将闪蒸后的玉米浸液和玉米淀粉乳以1 1的比例混合作为营养物质，补加到 秸秆五碳糖液中作为发酵培养基，营养物质和秸秆五碳糖的质量比为1 10;用NaOH调节 发酵培养基至PH6.5，在121°C下灭菌lOmin，接入8%的丙酮丁醇种子液，35°C下厌氧发酵 3d得到总溶剂含量为2. 的发酵醪。实施例4玉米秸秆经粉碎后送入水解罐中，加入0.3%的稀硫酸，秸秆和稀硫酸的比为 1 5，在115°C下水解2h，然后利用螺旋挤压机将水解液中的固体和液体分开，得到水解渣 和水解液，秸秆水解液经过DSAV型电渗析装置、碱性阴离子树脂交换装置脱去其中的酸根 离子，得到五碳糖浓度为10%的秸秆木糖作为碳源；闪蒸后的玉米浸膏中亚硫酸的浓度为 0.05g/L，将闪蒸后的玉米浸液和玉米淀粉乳以1 1的比例混合作为营养物质，补加到秸 秆五碳糖液中作为发酵培养基，营养物质和秸秆五碳糖的质量比为1 5;用NaOH调节发 酵培养基至PH6. 5，在121°C下灭菌lOmin，接入8%的丙酮丁醇种子液，35°C下厌氧发酵3d 得到总溶剂含量为2. 2%的发酵醪。实施例5玉米秸秆本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于丁醇发酵培养基的制备方法，其特征是，以秸秆稀酸水解液中的五碳糖作为碳源，玉米浸液和淀粉乳混合作为营养物质。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈洪章，王岚，马保华，生晓东，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，香港来禾生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]