[發明專利]采用木質纖維素培養微藻的方法

有效

• 申請號: 201810939294.2
• 申請日: 2018-08-17
• 公開（公告）號: CN108977401B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 崔球;劉亞君;祁寬;宋曉金
• 申請（專利權）人: 中國科學院青島生物能源與過程研究所
• 主分類號: C12N1/22
• 分類號: C12N1/22;C12N1/12;C12N1/20
• 代理公司: 山東康裕律師事務所 37311
• 代理人: 傅培

針對現有技術中在微藻異養發酵所存在的碳源成本高昂的問題，本發明提供了以木質纖維素類農林廢棄物為原料的工藝所述工藝包括木質纖維素原料預處理、糖化、微藻異養發酵和后處理等步驟。所述工藝采用木質纖維素生物糖化與微藻異養發酵相結合的策略，不但顯著降低了微藻異養發酵的生產成本，還解決了農林廢棄物的綜合利用問題。同時采用了用于催化木質纖維素糖化的纖維素酶制劑，顯著降低了糖化階段的用酶成本。此外，所述工藝中質纖維素糖化階段培養基與發酵培養基可循環使用，可以顯著節水和減少化學品使用，具有減少廢水排放和降低成本的顯著效果；對于產業化具有重要的意義。

技術領域

本發明涉及微生物發酵工程領域，具體涉及一種利用木質纖維素原料發酵培養微藻的方法。

背景技術

微藻作為一種新型水生生物質資源，具有生長周期短、生物質產量高和油脂含量高的特點，其生物質生產能力可達陸地植物的30倍，具有不與糧爭地及不與人爭糧的巨大優勢。微藻在可再生能源領域有非常吸引人的巨大發展潛力，比如，微藻具有很強的油脂生產能力，其油脂含量可高達細胞干重的40-80％。因此，微藻極有可能為我國生物質能源短缺提供一條有效解決途徑。開發能源微藻資源，發展能源微藻生物煉制產業，不僅符合我國可持續發展的能源戰略需求，而且與我國建立資源節約型和環境友好型社會的目標相一致，有助于促進人與自然和諧發展與經濟社會可持續發展。

目前，微藻的養殖方式有三種：自養、異養和兼養(自養異養相結合)。相較于利用CO₂、陽光和無機物作為營養來源的自養培養方式，利用葡萄糖和有機物作為營養來源的異養發酵具有易于擴大培養規模、微藻生長繁殖速度快，生物量濃度高、便于生產過程的控制等優勢。現有的微藻異養發酵方法主要是以玉米淀粉來源的葡萄糖作為主要碳源，因此葡萄糖的供給和原料成本是目前限制微藻產業發展的關鍵問題之一。為了攻克這一難題，人們不斷嘗試尋找廉價的原料作為微藻培養的底物，開發低成本新型碳源以及配套的生物制備技術具有必要性和廣闊的應用前景。

木質纖維素是一類供應豐富且環境友好的可再生生物質，包括秸稈、廢紙漿、稻殼、酒糟等農林廢棄物。木質纖維素主要由纖維素、半纖維素和木質素三大部分組成。其中，纖維素是由葡萄糖組成的。因此，木質纖維素生物質是潛在的廉價葡萄糖原料，發展以木質纖維素原料為底物的葡萄糖的生產方法，可以顯著降低微藻異養發酵原料成本，并同時解決農林廢棄物的綜合利用問題。

目前，木質纖維素為原料進行微藻培養的現有技術中，一般都是采用真菌來源的纖維素酶先將秸稈等底物進行酶解。發明專利CN201610976321和CN201710248657都公開了利用秸稈纖維水解液培養微藻的方法，該發明利用真菌來源的商業化纖維素酶、半纖維素酶將預處理的農業秸稈進行水解，獲得纖維水解液，再以纖維水解液作為糖源進行小球藻的發酵培養。其中纖維素酶的添加量為5-500FPU，成本高昂。

采用真菌來源的酶制劑的策略存在效率和成本上的不足，這主要因為纖維素酶制劑的需要在單獨的反應器中通過微生物發酵制備，且制備的工藝與纖維素水解條件不同，生產步驟繁瑣復雜，人力物力需求和設備投入等成本顯著增加，使得木質纖維素的糖化過程不具有市場競爭力，因此基于真菌來源纖維素酶制劑的糖化以及多不飽和脂肪酸制備技術難以實現大規模的工業應用。

發明專利CN201510858635公開了一種利用秸稈半纖維素培養小球藻的方法，該發明利用堿處理的秸稈作為底物，利用纖維弧菌與小球藻構建了共培養體系，使秸稈水解與小球藻發酵同步進行，但存在秸稈水解效率低、培養周期長等問題。因此，需要找到更高效的木質纖維素酶解的方法和技術，并將其與微藻發酵相結合。