[發明專利]一種利用玉米芯全組分生產丁酸的方法

有效

• 申請號: 201811144501.1
• 申請日: 2018-09-29
• 公開（公告）號: CN109161566B
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發明（設計）人: 江凌;鄭文秀;趙倩如;黃和;朱麗英
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: C12P7/52
• 分類號: C12P7/52;C12P19/14;C12P19/02;C12N11/10;C12N11/04;C12R1/145
• 代理公司: 江蘇致邦律師事務所 32230
• 代理人: 徐蓓;尹妍

本發明公開了一種利用玉米芯全組分生產丁酸的方法。以γ?戊內酯和1，3?二甲基咪唑磷酸二甲酯鹽（[Mmim]DMP）為溶劑，對玉米芯進行預處理，以水為反溶劑沉淀玉米芯并抽濾分離得到殘渣，以干燥后的玉米芯殘渣為底物，纖維素酶進行酶水解，得到可發酵糖；預處理溶劑提取出的木質素用酸沉淀出來，用于制備包埋酪丁酸梭菌的大孔海藻酸鈣?木質素微球，從而使其利用可發酵糖發酵產丁酸，實現玉米芯全組分的綜合利用。本發明有效利用了玉米芯的全組分發酵生產丁酸，且[Mmim]DMP與γ?戊內酯的聯合使用大大提高了預處理效果，增強了玉米芯的酶解效率，獲得了高產率的可發酵糖，酪丁酸梭菌經過大孔海藻酸鈣?木質素微球的包埋，與游離細胞相比丁酸產量也得到了提升。

技術領域

本發明涉及生物質資源玉米芯綜合利用技術領域，具體地涉及一種利用玉米芯全組分生產丁酸的方法。

背景技術

玉米是國際糧食作物之一，也是一種可交易的商品。在中國，玉米種植廣泛，2016年產量約為2.2億噸。每年根據玉米粒和玉米芯之間的比例，甜玉米加工業預計生產約4000萬噸玉米芯副產品。在南非，玉米是主要的出口商品，主要用來生產二代玉米產品，如玉米片，玉米粉和葡萄糖等。由于每年消耗大量的玉米，玉米芯已成為南非最大的農業廢棄物之一，年產量約為900萬噸，占玉米殘留量的近20%。在過去，人們將大多數玉米芯當做燃料燃燒，作為廢棄物丟棄或用作肥料，這不僅造成了巨大的資源浪費，而且造成了嚴重的環境污染，影響了生態平衡。為了減少人類對不可再生資源的依賴，許多研究人員越來越關注農業生物質的利用，以生產生物燃料及高附加值化學品。木質纖維素生物質是一種理想的原料，因為其可再生且在世界各地大量供應。玉米芯是一種實用的木質纖維素生物質原料，具有低木質素和高碳水化合物含量的優點。因此，已被中國的生物煉制工業開發和利用，用于制備木糖，木寡糖和生物發酵產物，如木糖醇，乙醇，丁二醇和糠醛等。

在綜合利用玉米芯之前，必須對原料進行預處理，因為纖維素的高結晶度和木質素的存在將使酶難以進入生物質內部并導致低產率的可發酵糖，因此需要通過預處理破壞木質纖維素的抗性結構，實現三大組分的分離。生物質預處理通常有以下幾種方法，包括物理法，如蒸汽爆炸，氨纖維爆炸，微波處理或熱解；化學法，如濃酸水解，稀酸水解，堿處理或有機溶劑處理；還有生物學方法。離子液體逐漸被認為是用于木質纖維素預處理的最有希望的新溶劑。離子液體是熔點低于100 ℃的鹽，并且具有廣泛的物理化學性質，例如低揮發性，高熱穩定性，不可燃性，獨特的溶解特性，且對環境和人類健康無害。通過選擇合適的陰陽離子組分，組合出來的離子液體的物理、化學性質會有很大差異。1,3-二甲基咪唑磷酸二甲酯鹽（[Mmim]DMP）是一種環保型溶劑，可用于玉米芯的預處理，溶解木質纖維素，且和纖維素酶具有生物相容性。然而，僅使用單個組分預處理生物質是比較浪費的，因為對于許多商業應用來說離子液體仍然太昂貴。生物質衍生的溶劑 γ-戊內酯被證明可用于促進木質纖維素生物質的溫和預處理，γ-戊內酯是一種理想的可持續發展的溶劑，可用于生產能源和碳基消費品，在[Mmim]DMP中加入γ-戊內酯用作共溶劑，可以克服傳質阻力，輔助提高[Mmim]DMP溶解木質纖維素，從而對木質纖維素生物質進行溫和而有效的預處理。

玉米芯經過預處理之后，酶解糖化可以獲得可發酵糖，主要成分為葡萄糖、木糖，在預處理過程中提取出的木質素也是一種資源，為了將其利用，考慮到酪丁酸梭菌是一種可以同時利用葡萄糖、木糖為碳源生產丁酸的優勢菌株，將其利用木質素、海藻酸鈉、碳酸鈣成分進行包埋形成微球，以發酵生產丁酸。從而實現玉米芯全組分的綜合利用。

發明內容

本發明的目的在于開發一種利用玉米芯全組分生產丁酸的工藝，通過酶水解改善生物質轉化，提高可發酵糖生產率，以提取出的木質素制備微球包埋酪丁酸梭菌，使其利用可發酵糖產丁酸。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

所述的一種利用玉米芯全組分生產丁酸的工藝，具體步驟如下：

（1）玉米芯洗滌干燥后，粉碎；