[發明專利]2,3-丁二醇生產過程與微生物生物質循環利用的集成化方法

無效

• 申請號: 200810202808.2
• 申請日: 2008-11-17
• 公開（公告）號: CN101402973A
• 公開（公告）日: 2009-04-08
• 發明（設計）人: 沈亞領;周文瑜;魏東芝;孫金杰;張燎原;楊云龍;孫建安;胡媛;鮑杰
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: C12P7/18
• 分類號: C12P7/18;C12R1/43
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司
• 代理人: 徐 迅;陳 靜

技術領域

本發明屬于微生物學領域，具體涉及一種利用回收的粘質沙雷氏菌發酵生 產2，3-丁二醇的方法。

背景技術

2，3-丁二醇(2，3-butanediol，簡稱BD，下同)廣泛應用于化工、食品 以及航空航天等各個領域，其熱值27200kJ/kg，同乙醇的熱值(29100kJ/kg)接 近，可用作燃料，還可用來制備聚合物、油墨、香水、防凍劑、香熏劑、增濕 劑、炸藥以及藥物的手性載體等。它脫水成甲乙酮，可用作樹脂、油漆的溶劑； 脫水成丁二烯，可用于合成橡膠；它還可以代替1，4-丁二醇，用于聚酯和聚 亞安酯的合成；同甲乙酮縮合并進行加氫形成辛烷，可用來生產高級航空用油。 2，3-丁二醇與乙酸反應生成2，3-丁二醇二乙酸酯，此酯類可加到奶油中改善 風味；2，3-丁二醇還可被添到白酒中，以改善白酒的風味。

目前的生物技術領域相關工業的發酵體積已位居世界前3位，每年產生的 廢菌體已達500萬噸，生產如此巨量的廢菌體需消耗大量能源(電、熱、水等) 和資源(糧食資源、有機和無機氮等)，而限于我國當前的行業整體水平，這些 廢菌體的回收利用和環保處理水平低下，其結果是造成能源和資源的極大浪費 和嚴重的環境污染。

我國經濟發展的目標是促進經濟的可持續發展，因此，資源的回收利用極 為重要。資源短缺、環境惡化和人口增加，三因素迭加已經成為制約我國經濟 社會穩定、快速發展的最大制約力。因而國家提出，“十一五”期間節能減排 目標是單位國內生產總值能耗降低20％左右、主要污染物排放總量減少10％， 這是建設資源節約型、環境友好型社會的必然選擇；是推進經濟結構調整，轉 變增長方式的必由之路。

回收發酵液中的粘質沙雷氏菌的菌體，不僅可以顯著提高發酵生產2，3- 丁二醇的生產率、主要生物質碳源的轉化率和產物產量，還可以大大減少菌體 排放對環境的污染問題。

大量微生物菌體在失活后被用來當作肥料，可以通過液體直接形成肥料， 也可以是固體底物的堆積肥料；還有些菌體常被作為廢物處理，在污水處理廠 中分解，或是被燃燒。

目前回收利用菌體的方法主要有：破壁提取菌體可溶性成分，作為微生物 培養的培養基成分，其中包括機械破碎法和菌體自溶法；利用活菌體，即生產 過程直接回收利用活菌體。

前者研究的比較多，主要有：(1)德國比勒費爾德大學研究了克雷伯氏菌的 發酵、大腸桿菌B-3996的重組株發酵生產L-蘇氨酸和地衣芽孢桿菌DSM?13 發酵生產枯草桿菌蛋白酶和堿性蛋白酶過程中的菌體回收利用，用高壓勻漿法 和蛋白酶處理法來降解和溶解細菌菌體細胞，處理后的菌體以培養基的形式被 放回原過程中進行再利用；(2)美國Martek?Corporation的R.Radmer等研究了 水解藻類菌體作為藻類生長的碳源和能源，結果發現可以提高閉合系統中藻類 培養的能量利用率；(3)啤酒生產中酵母的部分回收利用：啤酒發酵后，大量的 泥狀酵母可制成干燥酵母，既可壓成片狀供藥用，也可做為飼料的添加劑，提 高飼料的營養成份。

活菌體的利用實例主要有：(1)啤酒生產中的酵母，除了破壁利用，還可以 回收利用其活菌體，繼續釀造啤酒；(2)環境保護中，處理污水時，常用活細菌、 原生動物和其它微生物的凝絮團吸附、分解有機物或毒素，這種活性污泥常被 回收再利用；(3)Minier?Michel等研究了生產丁醇和丙酮的丙酮丁醇梭菌菌體的 回收利用：此發酵過程可為連續培養和分批培養，將發酵液放入超濾區，則包 含菌體的殘留物部分循環進入發酵區，從而進行循環利用。

本申請人以往公開了一種發酵生產2，3-丁二醇的方法，中國公開號 CN1884560，將粘質沙雷氏菌種子液接種于培養基中，通入空氣，攪拌，RQ 控制在0.9～1.2之間；然后補入產物促進因子，補充蔗糖水溶液和氨基酸水溶 液，RQ控制在1.5～1.8之間；最后補入蔗糖水溶液將RQ控制在1.9～2.2之 間，發酵培養，即獲得含有2，3-丁二醇的發酵培養液。利用粘質沙雷氏菌發 酵生產2，3-丁二醇已有很大進展，但是發酵生產過程中產生的大量廢菌體的 排放不僅是一個嚴重的環境問題，而且還導致大量碳源氮源等生物質資源的流 失，對節能減排帶來巨大壓力。