[發明專利]一種發酵木質纖維素離子液體水解液制備脂肪酸的方法

在審

• 申請號: 201510242685.5
• 申請日: 2015-05-06
• 公開（公告）號: CN104830916A
• 公開（公告）日: 2015-08-12
• 發明（設計）人: 王丹;秦丹丹;鄒環澤;汪楠;周小華
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: C12P7/40
• 分類號: C12P7/40;C12R1/19
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于微生物發酵技術領域，具體涉及一種利用木質纖維素離子液體水解液發酵生產脂肪酸的方法，同時涉及大腸桿菌(Escherichia?coli)在以竹子粉為原料制備脂肪酸的方法中的應用。

背景技術

脂肪酸(fatty?acid)是指一端含有一個羧基的長的脂肪族碳氫鏈，直鏈飽和脂肪酸的通式是C_(n)H_(2n+1)COOH，低級的脂肪酸是無色液體，有刺激性氣味，高級的脂肪酸是蠟狀固體，無可明顯嗅到的氣味。脂肪酸是最簡單的一種脂，它是許多更復雜的脂的組成成分。脂肪酸在有充足氧供給的情況下，可氧化分解為CO₂和H₂O，釋放大量能量，因此脂肪酸是機體主要能量來源之一。

脂肪酸是一類羧酸化合物，由碳氫組成的烴類基團連接羧基所構成。脂肪酸在生物體內與甘油形成三羧酸甘油酯，為脂肪主要成分。脂肪酸還可與磷酸、膽堿、鞘氨醇合成鞘磷脂，與糖結合生成糖脂等，為生物體細胞膜的重要組分。脂肪酸可作為特殊化學品用于食品、醫藥、農業領域。而在能源問題和環境問題日益嚴重的今天，脂肪酸最吸引人的地方是其可衍生化為生物柴油和生物汽油，用于制成混合生物燃料或易降解的塑料。

目前脂肪酸的生產主要以動物油或植物油為原料，采用高溫高壓水解或酶法水解的方式，以及石蠟氧化法等，國際市場的價格依據其成分和純度不同為500～8000美元/噸。然而，從植物或動物中得到的脂肪酸成分不均一，性能不穩定，存在批次差異，動物來源的脂肪酸可能有微量內毒素，影響其應用于醫藥、食品工業。目前，越來越多的注意力轉移到利用微生物生產脂肪酸的方向上來(Cell?Fact.，2012，11：51-59)。天然微生物的產脂肪酸能力非常低，不足細胞重量1％。因此，必須運用生物工程技術對現有產脂肪酸微生物進行改造。目前主要的研究進展集中在單細胞藻類、假單胞菌、酵母菌以及大腸桿菌上(Metab.Eng.，2013，17：23-29)。近來利用可再生資源用微生物發酵合成的方法生產生物燃料得到人們的廣泛關注，比如來自森林或農業廢棄物的木質纖維素就備受青睞。

木質纖維素是一種廉價的可再生資源，其儲量非常豐富。如果把地球上每年由光合作用形成的纖維素物質全部有效地利用起來，所產生的能量遠遠超過全世界每年所消耗的能量。然而，到目前為人類對其利用效率非常低，全球每年產生的生物質總量約2.9x10²¹焦耳的能量，但是利用率才將近7％。天然纖維素來源廣泛，但其復雜的結構特征、較高的結晶度和分子間與分子內存在大量的氫鍵，使其不溶于水及普通有機溶劑，這已成為纖維素生物質開發應用的最大障礙。而用離子液體處理時，它能夠破壞纖維素的復雜結構，降低其結晶度，從而促進纖維素的進一步高效糖化，提高此類生物質的利用率。

離子液體作為一種極具前景的綠色溶劑，以其優良的溶解性、強極性、不揮發、不氧化、對水和空氣穩定等特點而受到廣泛關注。有關利用離子液體處理生物質得到還原糖的研究有一些報道，哈爾濱工業大學鞏桂芬等人合成了不同種類的離子液體，并用其處理纖維素生物質可發酵還原糖。天津工業生物技術研究所王欽宏等人對一種離子液體作用水解生物質生產可發酵還原糖的新方法進行報告。

眾所周知，竹子中含有大量的木質纖維素，是一種非常寶貴的綠色無污染可再生資源。我國的中國的竹類資源非常豐富，有竹類植物40屬，400多種，約占世界竹類種質資源的1/3。每年可砍伐毛竹4億多枝，雜竹300萬t，相當于1000萬m³木材的量。竹子價格低廉，是非常方便易得的原料，廣泛應用于各個行業。但是目前竹子的利用率很低，造成了竹子資源的極大浪費，嚴重影響其經濟效益。因此，研究以竹子為原料的發酵方法，使其得到充分利用，既能保護環境、節約資源又能提高經濟效益、造福大眾。

我國是一個人口眾多但是糧食相對短缺的國家，每年大量由國外進口糧食。以糧食為原料的生物發酵法生產脂肪酸會消耗大量糧食，而利用竹子粉為原料發酵生產脂肪酸，做到了不與人爭糧，有利于緩解糧食危機。目前發酵生產脂肪酸的原料有葡萄糖、秸稈、玉米芯等，利用竹子粉為原料發酵生產脂肪酸酸，擴展了脂肪酸發酵的原料來源，為脂肪酸的生產提供了新思路。關于利用發酵生產脂肪酸的研究也有一些報道，像公布號為CN?104388479?A，涉及一種利用餐廚垃圾厭氧發酵產短鏈脂肪酸的方法，使用的原料為餐廚垃圾；像公布號CN?104099380?A，名為一種利用污泥厭氧發酵生產脂肪酸的方法，使用污泥作為原料。目前，以木質纖維素水解液，特別是竹子粉為原料發酵生產脂肪酸的研究未見報道。