[發明專利]利用混合菌種提高天然牧草生產燃料乙醇利用率的方法

無效

• 申請號: 200910032021.0
• 申請日: 2009-07-07
• 公開（公告）號: CN101591679A
• 公開（公告）日: 2009-12-02
• 發明（設計）人: 李建龍;趙蕓晨;范娟;余醉
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: C12P7/10
• 分類號: C12P7/10;C10L1/02;C12R1/645;C12R1/01;C12R1/885;C12R1/685
• 代理公司: 南京知識律師事務所
• 代理人: 胡錫瑜

一、技術領域

本發明屬于利用天然多年生牧草生產綠色可再生生物質燃料乙醇技術領域，具體涉及利 用自主篩選的混合優化菌種，提高天然多年生牧草及其雜類草生產綠色可再生生物質燃料乙 醇利用率的方法。

二、背景技術

綠色生物燃料乙醇是不加變性劑，可以直接作為燃料使用的無水乙醇，這種燃料在使用 過程中可降低對不可再生能源的消耗；燃燒后放出的碳氫氣體與碳氮氣體的量明顯少于一般 汽油燃燒所產生的此類氣體的量，因而可以有效降低溫室效應；燃料乙醇貯運方便，且生產 原料來源于綠色可再生物質，為綠色低碳汽油。因此，燃料乙醇的使用符合能源、環境、農 業發展的需要，是為解決能源危機、環境惡化、糧食短缺等一系列問題而發展起來的一種新 型、綠色、可再生的替代能源。

從原料性質看，燃料乙醇的發展經歷了二個階段。第一階段是以糖類、淀粉類為主要生 產原料的發展階段：這個階段生產工藝簡單，但原料成本占生產成本的40％以上，而且產量 的增加有一定的限度，成本也難以降低，以美國玉米原料生產燃料乙醇為例：用于燃料乙醇 生產的玉米每增加250萬噸，玉米價格就上漲1.20-2.00美元；中國能用于燃料酒精生產的 糧食原料更有限，形成燃料乙醇生產“與糧爭地，與民爭糧”的尷尬現狀；第二階段是以利 用木質纖維類物質為主的發展的階段：這類物質種類繁多，是地球上最豐富的可再生資源； 年生物量巨大，蘊藏著巨大的生物質能，可以為燃料乙醇生產提供充足的原料。天然多年生 牧草類群作為木質纖維類物質的其中一種，在燃料乙醇的生產過程中具有原料成本價廉、易 獲取、原料周年供應；不占用耕地和農田、不與牲畜爭飼料；生態效益顯著的特點，是燃料 乙醇生產過程中極具應用價值的一種原料。

相對于糖類與淀粉類作物，以木質纖維類物質為底物生產燃料乙醇過程存在一定的瓶頸， 這是因為木質纖維類物質的結構復雜，難以降解。木質纖維類物質主要包括三種主要成分： 纖維素、半纖維素和木質素，其中纖維素是骨骼物質，木質素和半纖維素以包容物的形式分 散在纖維素之中。木質素由松柏醇、芥子醇和對香豆醇的脫氫聚合物和對香豆酸組成，由于 這三類醇的共聚化產生了不均勻、無光旋性、交叉鍵合、高度分散及高度抗生物降解的芳香 高聚物，對絕大多數微生物的攻擊具有抗性，因而木質素的分解特別慢，而且木質素降解后 也無法形成可發酵糖類。在完整的木質組織中，木質素以一種物理屏障的形式存在，包圍在 纖維素外圍，保護纖維素免遭微生物襲擊和降解酶進攻，其降解必須先于纖維素分解。因此， 木質纖維類物質的利用必須先進行適當的預處理，以除去木質素或破壞木質素層，降低纖維 素的結晶度，提高纖維素的可及性，從而達到有效利用纖維物質的目的。常規預處理方式包 括物理、化學、生物或混合法。其中物理預處理成本高，條件苛刻；化學預處理試劑回收困 難、成本高、有效成分損失率大；物理化學預處理成本復雜，環境污染嚴重、試劑回收困難 等問題。生物預處理具有處理條件溫和、設備要求低，處理成本低廉、環境污染小的優勢， 因此，在生產過程中經常被用到。生物預處理主要通過微生物生長過程中所分解的木質纖維 素降解酶類對木質纖維類物質直接作用，從而達到有效利用的原理。自然界中能夠進行木質 纖維類物質降解的微生物種類較少，而且存在微生物產酶活力低，降解周期長等需要進一步 解決的問題。因而有效提高微生物的降解能力，縮短微生物的降解周期將有效的提高生物預 處理的效果，進而提高木質纖維類物質生產燃料乙醇的利用率。

自然界中，木質纖維類物質的完全降解是在真菌、細菌及相應微生物群落共同作用下完 成的，其中真菌起主導作用。不同微生物生長過程所產生的酶的種類與酶的數量不同，酶的 性質與酶的作用效果也相應的不同，因此將不同的菌種混合，會產生一定的協同效應，從而 有效提高了對木質纖維類物質的降解。能夠進行木質素降解的真菌包括白腐菌、褐腐菌、軟 腐菌，其中前二者的木質素降解能力較強，主要產生木質素降解酶；后者的纖維素降解能力 較強，主要產生纖維素降解酶類，它們對木質纖維類物質的降解效果也相應的不同。將木質 纖維類降解菌混合，利用菌種間相互協同效應，結合不同的木質纖維素降解酶類，能夠提高 對木質纖維類物質的降解率，相應的提高其燃料乙醇生產的利用性。本發明研究的主要原理 是利用可再生的、能夠周年提供的、綠色、環保的多年生牧草作用燃料乙醇生產原料，將木 質素降解菌與纖維素降解菌混合，利用不同菌種的不同產酶特性，從而有效提高多年生天然 牧草生產燃料乙醇利用率的方法。