[發(fā)明專利]拜氏梭菌及其以木糖渣為原料發(fā)酵制備生物丁醇的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210089406.2
• 申請(qǐng)日: 2012-03-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102719371A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-10-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李福利;張婉璐;劉自勇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所
• 主分類號(hào): C12N1/20
• 分類號(hào): C12N1/20;C12P7/16;C12R1/145
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 周長(zhǎng)興

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物發(fā)酵技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及高產(chǎn)丁醇的拜氏梭菌Clostridium?beijerinckii?Y-3及一種利用工業(yè)廢棄物木糖渣經(jīng)氫氧化鈣脫毒預(yù)處理、厭氧酶解及梭菌發(fā)酵生產(chǎn)生物丁醇的方法。?

背景技術(shù)

丁醇作為重要的有機(jī)化工原料，在醫(yī)藥工業(yè)、塑料工業(yè)、有機(jī)工業(yè)、印染等方面具有廣泛用途。除可用作溶劑外，丁醇還是一種極具潛力的大宗動(dòng)力燃料，其燃燒值和汽油相當(dāng)，是汽車用油的替代品。丁醇的生產(chǎn)工藝主要有化學(xué)合成法和微生物發(fā)酵法兩種。?

隨著石油資源的日益枯竭，采用以石油為原料丙烯羰基合成法生產(chǎn)丁醇已舉步維艱，而且由于技術(shù)落后，裝置偏小導(dǎo)致產(chǎn)能不夠，致使中國(guó)丁醇市場(chǎng)長(zhǎng)期供應(yīng)不足，不能滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求。?

生物發(fā)酵法制備丁醇有其獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)，發(fā)展生物丁醇將極大地緩解丁醇供應(yīng)不足的現(xiàn)狀。目前，困擾生物丁醇產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要障礙有：第一，發(fā)酵原料費(fèi)用高，發(fā)酵用基質(zhì)在丁醇發(fā)酵生產(chǎn)成本的70％左右；第二，由于發(fā)酵原料及產(chǎn)物的毒性，導(dǎo)致產(chǎn)物濃度低；第三，產(chǎn)物回收費(fèi)用高，由于發(fā)酵產(chǎn)物濃度低，回收丁醇消耗大量能源。?

其中菌株和原料問(wèn)題一直是困擾丁醇發(fā)酵的瓶頸。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)纖維原料發(fā)酵產(chǎn)丁醇的研究很多，主要圍繞菌種誘變選育，尋找合適的纖維原料及其糖液制備、發(fā)酵工藝條件優(yōu)化和溶劑提取等方面進(jìn)行。Mermelstein等(Biotechnol.Bioeng.1993，42：176-183)利用基因工程技術(shù)構(gòu)建了重組菌株，丁醇產(chǎn)量比出發(fā)菌株提高了37％。可見(jiàn)，進(jìn)行菌株改良是提高丁醇產(chǎn)量，增強(qiáng)發(fā)酵競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵手段之一。?

另外由于我國(guó)人口眾多，用傳統(tǒng)的原料(玉米和甘蔗)發(fā)酵生產(chǎn)丁醇勢(shì)必會(huì)造成與人爭(zhēng)糧的問(wèn)題，造成糧食短缺，因此開(kāi)展以可再生的生物質(zhì)?材料為原料生物轉(zhuǎn)化生產(chǎn)生物丁醇是符合國(guó)情的研究方向。木糖渣是玉米棒芯經(jīng)酸水解制取木糖、木糖醇后剩下的酸性固體纖維殘?jiān)渲饕煞譃槔w維素、半纖維素和木質(zhì)素。木糖渣中的半纖維素比例降低，纖維素比例較高，使木糖渣成為一種很有潛力的纖維素原料。而作為纖維殘?jiān)哪咎窃壳皡s被工廠視為廢棄物，其存放不僅占用了大量的耕地，并對(duì)周邊環(huán)境造成了嚴(yán)重污染。因此合理地開(kāi)發(fā)和利用廢棄木糖渣，不僅能控制污染，保護(hù)農(nóng)田生態(tài)環(huán)境，還可取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。相比于其他原料如谷物、薯類、糖蜜及秸稈等而言，木糖渣作為丁醇生產(chǎn)的原料，具有來(lái)源穩(wěn)定，收集和儲(chǔ)存成本低等優(yōu)點(diǎn)。因此將其應(yīng)用于液體生物丁醇的開(kāi)發(fā)有具備較好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一株高產(chǎn)拜氏梭菌菌株，使其厭氧發(fā)酵丁醇產(chǎn)量提高，以解決生物發(fā)酵生產(chǎn)丁醇菌種能力問(wèn)題。?

本發(fā)明的又一目的在于提供一種利用該高產(chǎn)拜氏梭菌菌株以工業(yè)廢棄物木糖渣為原料制備生物丁醇的方法，以解決木糖渣制備生物丁醇過(guò)程中抑制物不利于纖維素酶酶解和該菌株厭氧發(fā)酵的難題。?

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一株高產(chǎn)拜氏梭菌，其分類命名為拜氏梭菌Clostridium?beijerinckii?Y-3，其保藏登記號(hào)為：CGMCC?5805，保藏單位：中國(guó)普通微生物菌種保藏管理中心。?

本發(fā)明提供的利用高產(chǎn)拜氏梭菌Y-3以木糖渣為原料發(fā)酵制備生物丁醇的方法，包括如下步驟：?

1)利用氫氧化鈣脫毒工藝對(duì)木糖渣的固液混合物進(jìn)行預(yù)處理；?

2)步驟1)預(yù)處理得到的木糖渣殘?jiān)屑尤肜w維素酶進(jìn)行酶解，得到含多組份糖的酶解液；?

3)在酶解液中加入氮源，調(diào)節(jié)pH至6-8，制成木糖渣水解液發(fā)酵培養(yǎng)基；?

4)將拜氏梭菌Y-3接種至步驟3)制成的木糖渣水解液發(fā)酵培養(yǎng)基中，厭氧條件下發(fā)酵制備生物丁醇。?

所述的方法，其中，步驟1)的木糖渣為玉米芯酸水解后的殘?jiān)?

所述的方法，其中，步驟1)的氫氧化鈣脫毒工藝中氫氧化鈣為0.4-0.6M的氫氧化鈣溶液，木糖渣的固液混合物中的料液比為8-12％w/v，用氫氧化鈣溶液調(diào)節(jié)木糖渣的固液混合物的pH至10-11，之后加入亞硫酸鈉。?

所述的方法，其中，步驟2)加入纖維素酶之前，先將經(jīng)氫氧化鈣脫毒工藝處理的木糖渣殘?jiān)蚿H為4-5，濃度為0.1-0.2M的醋酸鈉-醋酸緩沖液按固液比8-10％w/v混合，經(jīng)過(guò)脫氧處理后高壓滅菌。?

所述的方法，其中，步驟2)所述纖維素酶為纖維素酶復(fù)合物和β-葡萄糖苷酶；酶解的pH值為4-5。?