[發明專利]蟲擬蠟菌降解秸稈木質素的方法

有效

• 申請號: 201310089168.X
• 申請日: 2013-03-20
• 公開（公告）號: CN104060490B
• 公開（公告）日: 2017-11-14
• 發明（設計）人: 高蘇杰;吳毅;趙鵬翔;趙承宇;李強;趙正凱
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;國網節能服務有限公司
• 主分類號: D21C5/00
• 分類號: D21C5/00;C12N1/14;C12P7/10;C12P19/14;C12R1/645
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所11038
• 代理人: 李帆

技術領域

本發明涉及生物工程領域，特指秸稈通過蟲擬蠟菌降解秸稈中的木質素的工藝流程。

背景技術

能源是人類社會賴以生存和實現可持續發展的動力，目前世界上使用的80％的能源為不可再生的化石燃料，可這些燃料資源有限，遲早會枯竭殆盡，另外人類在使用化石燃料也向大氣中散發出大量的二氧化碳和二氧化硫氣體，使全球氣候變暖。生物質能源是化石能源的替代品，它具有化石能源無法取代的優越性，即生物質能源屬于清潔能源，資源不受限制，因此開發生物質能源是解決能源危機的關鍵舉措。

我國是農業大國，每年農作物秸稈年產逾6億噸，除少量被用作紡織、造紙行業，但大部分以堆積、焚燒的形式傾入環境，既浪費了資源也給環境造成了極大地危害。植物的秸稈主要有木質素和纖維素構成。木質素是一類由苯酚和非苯酚結構單元通過醚鍵和碳碳鍵等連接而成的具有芳香族特性的天然聚合物，其在組分種類和連接鍵類型方面的多樣性，意味著其結構的異質性與不規則性，也決定了對木質素進行生物降解的復雜性和特殊性，且其在植物細胞壁中與半纖維素以共價鍵形式結合后，將纖維素分子包埋在其中，形成堅固的天然屏障，使一般的微生物很難進入其中分解纖維素，因此，木質素的降解也是能否有效利用秸稈纖維的關鍵因素。

目前降解秸稈的主要方法中有代表性的包括蒸汽汽爆預處理、硫酸預處理、氫氧化鈉預處理、氨水預處理和生物預處理等5種方法。蒸汽汽爆則是以高壓蒸汽滲入纖維內部，以氣流的方式從封閉的空隙中釋放出來，纖維發生一定的機械斷裂，使原料中大部分半纖維素和少量木質素、纖維素降解溶出，該方法成分較高，需要大型的設備，木質素還需要處理；酸處理法是利用硫酸水解糖苷鍵、酯鍵等，使玉米秸稈纖維的網狀結構疏松，但是該方法耗用大量的有機酸或無機酸，木質素仍需要進一步處理，不適應大規模的工業化生產。堿處理和氨水處理是利用木質素溶于堿性溶液，與酸處理一樣同樣存在環境污染問題。這由于些方法普遍都存在反應條件較難掌握、反應溫度高、處理時間長、占用空間大、處理效果不理想，不能去除木質纖維素等問題。

發明內容

本發明人經過深入的研究，摸索出一種以蟲擬蠟菌為出發菌株，通過固體培養降解秸稈中的木質素的工藝，包括以蟲擬蠟菌為出發菌株，

進行試管擴大培養、液體搖瓶培養、一級種子培養和固體發酵培養，降解秸稈中的木質素。

本發明所用的菌種是蟲擬蠟菌任何一種菌種，如中國普通微生物菌種保藏管理中心（CCGMC）、中國農業微生物菌種保藏管理中心(ACCC)等等保藏的菌種。

本發明所使用的原料是任意一種秸稈，如玉米秸稈、稻草秸稈、麥秸稈、高粱秸稈、大豆秸稈、棉花秸稈等等所有含有木質素的農作物秸稈，秸稈首先經過粉碎，過20～100目的篩。

本發明所述的發酵工藝中，其試管擴大培養基為馬鈴薯蔗糖培養基。

本發明所述的發酵工藝中，其液體搖瓶培養基和一級種子培養基均為（克/升）：玉米芯粉5～30，酒石酸銨0.1～5，苯甲醇0.2～3，硫酸鎂0.2～1，吐溫800.5～10，磷酸二氫鉀2～9，鄰苯二甲酸3～18，pH5～8，120～140℃滅菌20～40分鐘；

其中所述的搖瓶培養工藝條件為，接種一環蟲擬蠟菌于裝有16～48%（體積比）培養基的三角瓶中，在轉速：150轉/分，30～50℃，培養24～72小時；

其中所述的一級種子培養工藝為，按1～20%（體積比）的接種量將搖瓶培養種子液接種到一級種子培養基中，在溫度30～50℃，攪拌轉速50～200轉/分，通氣量0.2～2：1體積/體積/分鐘（通氣氣體體積/發酵液體積/分鐘），培養18～72小時；

本發明所述的固體發酵培養中，其固體發酵培養基組成為：秸稈10千克，水20～60千克，葡萄糖0.5～3千克，尿素0.05～0.2千克；硫酸銅5～15克，硫酸亞鐵5～15克，硫酸錳5～20克，該培養基各成分可以按同等此比例放大；

其中所述的固體發酵培養發酵工藝為：按2～20%（種子液體積/發酵培養基重量），培養料厚度為0.5～0.8米，料寬0.5～2米，長度不限，通氣量為0.3～1.5：1（氣體體積/發酵培養基重量）/分鐘，培養時間為3～23天，中途翻料1～2次。

在本發明所述的發酵工藝中，在進行搖瓶培養之前，首先將蟲擬蠟菌菌種接入新配置的馬鈴薯蔗糖培養基中進行培養，培養溫度30～50℃，培養時間48～144小時；4～10℃保存備用。

由本發明獲得秸稈發酵物含有大量的白色蟲擬蠟菌孢子，發酵物色質淺褐色至褐色，具有酒香味，木質素降解率為70－96%。