[發(fā)明專利]一種高效生物固定丁醇發(fā)酵尾氣和工業(yè)環(huán)氧乙烷尾氣的方法及裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911396606.0
• 申請日: 2019-12-30
• 公開（公告）號: CN111349661A
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賀愛永;許家興;張哲瑋;胡磊;夏軍;劉曉燕;徐繼明;邱忠洋
• 申請（專利權(quán)）人: 淮陰師范學(xué)院
• 主分類號: C12P7/46
• 分類號: C12P7/46;C12N1/20;C12M1/34;C12M1/12;C12M1/04;C12M1/00;C07C51/47;C07C55/10;C12R1/19
• 代理公司: 南京正聯(lián)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32243
• 代理人: 鄧唯

本發(fā)明涉及一種利用丁醇發(fā)酵和環(huán)氧乙烷工業(yè)尾氣生物轉(zhuǎn)化琥珀酸的生產(chǎn)方法。本發(fā)明公開了一種丁醇發(fā)酵尾氣和工業(yè)尾氣聯(lián)用發(fā)酵裝置，根據(jù)大腸桿菌厭氧發(fā)酵生產(chǎn)琥珀酸時(shí)固定CO₂導(dǎo)致其含量變化的特性，在發(fā)酵體系中引入氣體調(diào)控策略，對琥珀酸發(fā)酵過程的尾氣配比及CO₂供給濃度進(jìn)行調(diào)控，發(fā)酵過程中維持CO₂含量為95%?90%，相對于一般琥珀酸發(fā)酵過程，琥珀酸產(chǎn)率、產(chǎn)量、收率分別提高了14.2%，14.7%，8.2%，CO₂固定效率提升了16%，本發(fā)明聯(lián)用了丁醇發(fā)酵和環(huán)氧乙烷工業(yè)尾氣、強(qiáng)化了琥珀酸發(fā)酵過程，操作簡便，為企業(yè)技術(shù)革新、節(jié)能減排提供了一條新路。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種利用丁醇發(fā)酵和環(huán)氧乙烷工業(yè)尾氣生物轉(zhuǎn)化琥珀酸的生產(chǎn)方法，具體涉及一種通過尾氣比例調(diào)控發(fā)酵大腸桿菌制備琥珀酸的方法，屬于生物發(fā)酵技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著全球人口和工業(yè)化的增長，能源需求急劇增長。近年來，丁醇作為一種優(yōu)秀的燃料替代品受到了國內(nèi)外研究人員的高度重視。然而，生物法制備燃料丁醇的發(fā)酵過程中，丙酮酸和乙酰乙酸的脫羧反應(yīng)以及厭氧呼吸的作用釋放大量CO₂氣體，同時(shí)胞內(nèi)還原力NAD(P)H會(huì)以H₂的形式流失，造成了大量碳源和能量的浪費(fèi)，這大大降低了該厭氧發(fā)酵過程的原子經(jīng)濟(jì)性。生物丁醇發(fā)酵過程中每立方發(fā)酵液可產(chǎn)生8~10立方的尾氣，其中含有60～80%CO₂和20～40% H₂。利用生物轉(zhuǎn)化過程將這部分CO₂和H₂資源化，不僅可以減少溫室氣體的排放，還能夠進(jìn)一步提高生物轉(zhuǎn)化過程的碳原子經(jīng)濟(jì)性，彰顯循環(huán)生物經(jīng)濟(jì)的特色。

厭氧琥珀酸發(fā)酵過程因其能夠大量固定CO₂而被認(rèn)為是一種綠色環(huán)保的生物過程。每形成一分子的琥珀酸，便可固定一分子的CO₂。琥珀酸發(fā)酵過程中CO₂氣體首先經(jīng)過氣液界面溶解在溶液中，然后電離成HCO₃^-, CO₃^2-和CO₂三種形式（其總和被統(tǒng)稱為溶解CO₂，dCO₂），最后通過細(xì)胞膜進(jìn)入胞內(nèi)解離為 HCO₃^－被菌體利用。因此，CO₂的供給方式也是決定琥珀酸固定CO₂效率的關(guān)鍵之一。在厭氧琥珀酸發(fā)酵中胞內(nèi)還原力NADH供給不足是限制其產(chǎn)量進(jìn)一步提高的重要因素。H₂作為一種高還原力的物質(zhì)，不但可以有效維持發(fā)酵體系的厭氧環(huán)境，還可被部分微生物利用轉(zhuǎn)化成胞內(nèi)還原力NADH，供給細(xì)胞生長和產(chǎn)物合成。

工業(yè)環(huán)氧乙烷氣體的制備主要是通過乙烯在催化劑銀的作用下氧化生成，其主反應(yīng)是：

其副反應(yīng)會(huì)有大量的二氧化碳和水生成，因此，所得反應(yīng)產(chǎn)物主要是環(huán)氧乙烷、二氧化碳和水，其中環(huán)氧乙烷約為85%，生成的乙醛量小于環(huán)氧乙烷的0.1%，生產(chǎn)中生成的甲醛量則更小。因此，環(huán)氧乙烷生產(chǎn)過程所產(chǎn)生的尾氣經(jīng)脫水后的CO₂含量可達(dá)99%。環(huán)氧乙烷尾氣雖然可以通過高昂價(jià)格的處理裝置搜集，目前為止，國際同行使用的處理方式不多，很難找到一個(gè)徹底、經(jīng)濟(jì)的合理方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種利用丁醇發(fā)酵和環(huán)氧乙烷工業(yè)尾氣生物轉(zhuǎn)化琥珀酸的生產(chǎn)方法，其對琥珀酸發(fā)酵效率顯著提高，且發(fā)酵的琥珀酸產(chǎn)量高、糖轉(zhuǎn)化率高，CO₂固定效率高。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種高效生物固定丁醇發(fā)酵尾氣和工業(yè)環(huán)氧乙烷尾氣的方法，包括如下步驟：