[發(fā)明專利]一種構(gòu)建混合菌體系發(fā)酵稻草秸稈生產(chǎn)乙醇的方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210517002.9
• 申請(qǐng)日: 2012-12-06
• 公開（公告）號(hào): CN103060418A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐爾尼;巫小丹;徐穎宣
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南昌大學(xué)
• 主分類號(hào): C12P39/00
• 分類號(hào): C12P39/00;C12P7/10;C12R1/885;C12R1/865;C12R1/74
• 代理公司: 南昌洪達(dá)專利事務(wù)所 36111
• 代理人: 劉凌峰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種構(gòu)建混合菌體系發(fā)酵稻草秸稈生產(chǎn)乙醇的方法。

背景技術(shù)

當(dāng)今，世界各國(guó)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)石油資源的依存度較高，而石油具有不可再生性，長(zhǎng)期必將影響到社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。中國(guó)是石油消費(fèi)大國(guó)，但國(guó)內(nèi)石油資源卻相對(duì)貧乏。開發(fā)利用新能源和可再生能源已成為世界共識(shí)，并成為我國(guó)調(diào)整、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)的國(guó)家戰(zhàn)略。乙醇汽油因具有燃燒充分、污染產(chǎn)物少、可起到一定的防爆作用等優(yōu)點(diǎn)而受到推崇，燃料乙醇工業(yè)面臨新機(jī)遇。基于我國(guó)人多地少的國(guó)情，糧食作物顯然不再適于作為開發(fā)燃料乙醇的原料來(lái)源，但作為農(nóng)業(yè)大國(guó)，我國(guó)農(nóng)作物秸稈（生物質(zhì)）年產(chǎn)量居世界之首，約為7.4億噸/年，其中可作為燃料乙醇生產(chǎn)原料的秸稈約占農(nóng)作物秸稈總量的20％，達(dá)1.4億噸，能為我國(guó)生產(chǎn)燃料乙醇提供穩(wěn)定的原料來(lái)源。利用生物質(zhì)為原料生產(chǎn)燃料乙醇，既是緩解能源危機(jī)的現(xiàn)實(shí)需要，可以有效解決當(dāng)前能源緊缺問(wèn)題，也是保護(hù)生態(tài)環(huán)境的必然選擇，必將大大減少?gòu)U棄物對(duì)環(huán)境的污染，還可以緩解傳統(tǒng)方法利用淀粉轉(zhuǎn)化乙醇所造成的糧食危機(jī)，對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展具有重大的現(xiàn)實(shí)意義和深遠(yuǎn)的歷史意義。

稻草秸稈的主要成分是木質(zhì)素（含量約為20％～25％）、半纖維素（含量約為25％～30％）和纖維素（含量約為30％～35％）。稻草秸稈酶解糖化前需要去除木質(zhì)素的空間阻礙作用，傳統(tǒng)預(yù)處理方法中，物理方法耗能大、效果差，化學(xué)方法易造成二次污染。微生物酶處理法具有無(wú)污染、成本低等優(yōu)勢(shì)，微生物降解木質(zhì)素依賴于木素過(guò)氧化物酶和漆酶的共同作用。研究發(fā)現(xiàn)產(chǎn)木質(zhì)素降解酶能力強(qiáng)的微生物較少，不同菌株的木質(zhì)纖維素降解酶系有差異，混菌發(fā)酵可以彌補(bǔ)菌種之間的差異，充分發(fā)揮各酶之間的協(xié)同作用。研究表明一種綠色木霉（Trichoderma?viride）產(chǎn)漆酶能力非常強(qiáng)，所產(chǎn)漆酶能使添加了0.04%愈創(chuàng)木酚的PDA培養(yǎng)基中的愈創(chuàng)木酚發(fā)生聚合，產(chǎn)生紅褐色化合物，形成紅褐色氧化帶，因此氧化帶的大小可以標(biāo)明產(chǎn)漆酶能力的大小。綠色木霉培養(yǎng)2?d即可在愈創(chuàng)木酚-PDA培養(yǎng)基中形成直徑達(dá)3.0～4.0?cm的紅褐色氧化帶。相比之下，常用于秸稈預(yù)處理的平菇培養(yǎng)7?d才在愈創(chuàng)木酚-PDA培養(yǎng)基中形成直徑達(dá)3.0?cm的紅褐色氧化帶。研究發(fā)現(xiàn)里氏木霉（Trichoderma?reesei）產(chǎn)木素過(guò)氧化物酶能力非常強(qiáng)，所產(chǎn)木素過(guò)氧化物酶能使添加了0.01%苯胺藍(lán)的PDA培養(yǎng)基發(fā)生褪色反應(yīng)，形成透明圈，因此透明圈的大小可以標(biāo)明產(chǎn)木素過(guò)氧化物酶能力的大小。里氏木霉培養(yǎng)2?d可在苯胺藍(lán)-PDA培養(yǎng)基上形成直徑達(dá)4.0?cm的透明圈，3?d即可使整個(gè)平板完全褪色。相比之下，常用于秸稈預(yù)處理的平菇培養(yǎng)4?d才在苯胺藍(lán)-PDA培養(yǎng)基上形成直徑達(dá)2.0～3.0?cm的透明圈。里氏木霉和綠色木霉具有互補(bǔ)的木質(zhì)素降解酶系，二者混合培養(yǎng)可以達(dá)到較好的稻草秸稈預(yù)處理效果，而且二者的纖維素酶、半纖維素酶活也較強(qiáng)。

天然半纖維素水解產(chǎn)物的85％～90％是木糖。以植物纖維素原料中的木糖發(fā)酵生產(chǎn)乙醇，能實(shí)現(xiàn)原料的充分利用，提高秸稈轉(zhuǎn)化乙醇的效率，降低生產(chǎn)成本。傳統(tǒng)的乙醇生產(chǎn)菌株釀酒酵母（Saecharomyces?cerevisiae）不能發(fā)酵木糖，但是一些酵母可以發(fā)酵木糖產(chǎn)乙醇，如熱帶假絲酵母（Candida?tropicalis）、管囊酵母(Pachysolen?tannophilus)、樹干畢赤酵母(Pichia?stipitis)、休哈塔假絲酵母(Candida?shehatae)和耐熱甲基營(yíng)養(yǎng)酵母(Hansenula?polymorpha)等。稻草秸稈酶解糖化液中主要含葡萄糖和木糖，釀酒酵母和能發(fā)酵木糖產(chǎn)乙醇的酵母混合發(fā)酵稻草糖化液能夠有效提高稻草秸稈的乙醇轉(zhuǎn)化率。