本发明专利技术提供了一种以纤维二糖、木糖和葡萄糖混合糖发酵生产丙酮丁醇的方法。针对秸秆等木质纤维素类原料进行水解后的水解产物，根据水解液中总糖含量可以加水，或补加戊糖和己糖，或补加淀粉类原料，调节总糖含量为30～90g/L，加入氮源或磷源后，再调ph值为4.5～8.0，将原料蒸煮灭菌得蒸煮醪液；待蒸煮醪液冷却至42℃及以下接菌种，发酵；将发酵液过滤，蒸馏，精馏得到最终的丙酮、丁醇、乙醇产品。本发明专利技术解决了木质纤维素水解后水解液中纤维二糖、戊糖和己糖共发酵生产丙酮丁醇的技术问题，有效提高木质纤维素水解后糖的转化率，提高了丙酮丁醇产品收率，可以在很大程度降低秸秆类为原料生产丙酮丁醇成本。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种发酵生产丙酮丁醇的方法，具体涉及一种利用以木质纤维素类原料水解得到的纤维二糖、戊糖和己糖共发酵生产丙酮丁醇的方法。
技术介绍
丙酮丁醇是一种重要的有机溶剂和化工原料，广泛应用于喷漆、炸药、塑料、制药、 植物抽提及有机玻璃、合成橡胶等工业。生物丁醇与乙醇相似，是生物加工的醇类燃料，是新一代液体燃料。汽油中的主要组成是C6 C8，因此丁醇比乙醇更类似于“油”，与燃料添加剂和润滑油配伍性更好。丁醇的另一个优势就是它可以比乙醇以更高的浓度和汽油混合， 而无需对现有车辆进行改型。虽然乙醇和丁醇都是醇类，但丁醇有较高的能量密度，其热值和汽油相当，远高于乙醇，与传统燃料相比，可多走10%的路程；与乙醇相比，可多走30% 的路程。随着石油资源的匮乏，丁醇显示出在能源方面的优越性。目前丙酮丁醇的生产方法主要有发酵法和化工合成法。发酵法为较为成熟的方法，从20世纪初就开始有大规模应用。到了 60年代，欧美发达国家发现丙酮、丁醇可以廉价地从石油合成，因此逐渐取代发酵法成为工业生产丙酮、丁醇的首选。但近年来，由于石油资源日渐枯竭、国际原油价格不断上涨、再加上日益严峻的生态环境问题，各国又重新开始重视发酵法生产丙酮、丁醇。发酵法生产丙酮、丁醇主要使用淀粉类物质作为原料，包括玉米、薯类等，也可使用糖类作为原料。其中玉米是最为理想的原料，它不需添加任何辅助原料，只要配制成5 8%的醪液，就是丙酮丁醇梭菌理想的培养基。但同时玉米也是一种重要的粮食资源，如果单纯用玉米发酵，会使生产企业原料成本上升，也会造成粮食资源紧张等问题。因此，各国都在寻积极找可以代替玉米进行发酵的原料。木质纤维素类生物质包括农业生产的废弃物和剩余物(如农作物秸秆、谷壳、麸皮、蔗渣等)、林木(软木和硬木)及林业加工废弃物、草类等，是地球最重要的再生生物资源，每年的总产量约占所有生物质资源的50%，目前大多数此类物质没有得到很好的利用。 因此，利用木质纤维素为主的可再生生物质资源，生产可再生能源具有重要的经济与社会意义。木质纤维素主要由纤维素、半纤维素、木质素和其它组分构成。将其水解(用酸法或者酶法，可生成葡萄糖、木糖、纤维二糖、阿拉伯糖、半乳糖等成分；其中半纤维素水解后可生成木糖、阿拉伯糖等戊糖组分，约占水解糖类的30 40 %，其中木糖约占戊糖总量的 80 %。纤维素通过水解可得到葡萄糖、纤维二糖和木糖等。纤维素水解分为酸水解和酶水解，酸水解技术成熟但是后续处理较为繁琐，酶水解效率高但是成本高，长远来看酶水解对环境友好，是发展的趋势。纤维素酶为混合酶系，包括内切葡聚糖酶(Cl)、外切葡聚糖酶(Cx)和β-葡聚糖苷酶，一般认为是由内切葡聚糖酶(Cl酶)首先进攻纤维素的非结晶区，形成Cx所需的新的游离末端，然后由Cx酶从多糖链的还原端或非还原端切下纤维二糖，再由葡聚糖苷酶将纤维二糖水解成二个葡萄糖，此过程中纤维素酶水解效率主要受纤维二糖的反馈抑制，葡萄糖也会有轻微抑制作用。目前市场上大多数纤维素酶的三种酶活性不相匹配，特别是里氏木霉所产纤维素酶系中β-葡聚糖苷酶对水解效率抑制很大，酶水解液中有大量的纤维二糖，若纤维二糖能被丙酮丁醇梭菌利用，可以大大提高水解糖的利用率以及丙酮丁醇产品收率，对降低丙酮丁醇产品生产成本具有现实意义。目前尚无报道以纤维二糖、戊糖和己糖共发酵生产丙酮丁醇。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种利用纤维二糖、戊糖和己糖共发酵生产丙酮丁醇的方法。为达到上述目的，本专利技术采取了以下技术方案本专利技术包括如下步骤1)选用秸秆等木质纤维素类原料的水解液，根据水解液中纤维二糖、戊糖和己糖等总糖含量，可以加水，或补加戊糖和己糖，或补加淀粉类原料，调节含外加淀粉能水解的单糖的总糖含量为30 90g/L ；2)根据纤维二糖、戊糖和己糖等总糖含量，加入一定比例的氮源或磷源，再加酸、 或碱、或氨水、或碳酸钙、或它们的混合物调Ph值为4. 5 8. 0，将原料蒸煮灭菌得蒸煮醪液；3)待蒸煮醪液冷却至42°C及以下接菌种，发酵；4)将发酵液过滤，蒸馏，精馏得到最终的丙酮、丁醇、乙醇产品。所述氮源或磷源选自以下原料之一或者其混合玉米浆、麸皮、米糠、酵母膏、蛋白胨、鱼粉、豆饼粉、酵母粉、豆饼、硫酸铵、氯化铵、碳酸铵、碳酸氢铵、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵和乙酸铵，按重量百分比计算，为总糖量的3 50w%，总糖包括纤维二糖、戊糖和己糖寸。所述氮源或磷源也可以是上述物质与玉米粉的混合物，按重量百分比计算，外加的氮源或磷源的物质为水解液总糖的3 60w%，且包含外加的玉米粉可以水解的糖的总糖含量为30 90g/L。所述氮源或磷源也可以仅为玉米粉，且包含玉米粉可以水解的糖的总糖含量为 30 90g/L。步骤2)中加酸、或碱、或氨水、或碳酸钙、或它们的混合物来调ph值为4. 5 8.0， 其中碱包含但不限制止于氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙和氧化钙等，酸包含但不限制止于为硫酸、盐酸或磷酸等无机酸、或不同的无机酸的混合，或为甲酸、乙酸、丙酸和马来酸等有机酸或不同有机酸的混合，或无机酸和有机酸的混合。所述菌种为丙酮丁醇梭菌，包括但不限于CICC8008、CICC8011、CICC8012、 CICC8016、CICC8017及美国典型微生物菌种保藏中心ATCC所保藏的丙酮丁醇梭菌 (Clostridiumacetobutylicum 或 Clostridium saccharobutylacetonicum或 Clostridium beijerinkii)ATCC 824,ATCC 3625,ATCC 4259,ATCC 8529,ATCC 10132,ATCC 25752,ATCC 27021、ATCC 35702、ATCC 39057、ATCC 39058、ATCC 39236、ATCC 43084、ATCC 51743、ATCC 55025、ATCC824D-5、BAA-117。本专利技术的有益效果如下1)秸秆等木质纤维素类原料进行水解后，包含纤维二糖、戊糖和己糖，补充一定含量的磷、氮的化合物，并提供合适的发酵工艺条件，得到了有效的利用纤维二糖、戊糖和己糖共发酵生产丙酮丁醇的方法。2)本专利技术解决了木质纤维素水解后水解液中纤维二糖、戊糖和己糖共发酵生产丙酮丁醇技术问题，可以为纤维素酶水解提供一条新的技术路线纤维素酶水解目标产物不限制于单糖，对于具有较高酶活的内切葡聚糖酶(Cl)、外切葡聚糖酶(Cx)，而β-葡聚糖苷酶酶活较低的纤维素酶水解后纤维二糖含量较高的酶水解同样也适合丙酮丁醇发酵。3)本专利技术解决了木质纤维素水解后水解液中纤维二糖、戊糖和己糖共发酵生产丙酮丁醇技术问题，有效提高木质纤维素水解后糖的转化率，提高了丙酮丁醇产品收率，可以在很大程度降低秸秆类为原料生产丙酮丁醇成本。目前丙酮丁醇价格相对乙醇价格要高， 产品供不应求，而且丁醇是一种很好的液体燃料，因地制宜利用木质纤维素水解纤维二糖、 戊糖和己糖共发酵生产丙酮丁醇发酵，既可实现废物利用，有利于环保，也对于促进我国能源结构多元化、保障我国液体燃料安全，提高我国在生物质液体燃料制备领域的创新能力和研发实力具有积极的意义。具体实施例方式下面结合实施例对本专利技术进行详细说明。实施例1 纤维二糖、木糖和葡萄糖混合糖添加本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种以纤维二糖、戊糖和己糖共发酵生产丙酮丁醇的方法，其特征在于：包括以下步骤：１）选用秸秆等木质纤维素类原料的水解液，根据水解液中纤维二糖、戊糖和己糖等总糖含量，可以加水，或补加戊糖和己糖，或补加淀粉类原料，调节含外加淀粉能水解的单糖的总糖含量为３０～９０ｇ／Ｌ；２）根据纤维二糖、戊糖和己糖等总糖含量，加入一定比例的氮源或磷源，再加酸、或碱、或氨水、或碳酸钙、或它们的混合物调ｐｈ值为４．５～８．０，将原料蒸煮灭菌得蒸煮醪液；３）待蒸煮醪液冷却至４２℃及以下接菌种，发酵；４）将发酵液过滤，蒸馏，精馏得到最终的丙酮、丁醇、乙醇产品。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：熊莲，陈新德，唐绿蓉，潘微，丁飞，
申请(专利权)人：中国科学院广州能源研究所，
类型：发明
国别省市：81
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