專利名稱：以甘蔗渣和糖蜜為原料混合發酵生產丁醇的方法
技術領域：
本發明涉及丙酮、丁醇的生產方法，具體的說，是以廉價的甘蔗渣和糖蜜為原料，通過拜氏梭菌gxas. 28將戊糖和己糖轉化成丙酮和丁醇的過程，屬于生物工程技術領域。
背景技術：
丁醇是一種重要的C4平臺化合物，主要用于鄰苯二甲酸正丁酯、磷酸丁酯、丙烯酸丁酯及醋酸丁酯等的合成；還可用作油脂、醫藥和香料的提取溶劑以及醇酸樹脂的添加劑等領域。隨著生物質制能源的多元化發展，由于丁醇具有能量密度高，親水性低，蒸汽壓低，辛烷值高等特點，被認為是最有發展潛力的新型液體燃料之一。丁醇發酵曾是全球僅次于乙醇發酵的第二大宗發酵產品。我國已經建立了多個萬噸丁醇生產的企業，主要是以玉米、薯類為原料，利用丙酮丁醇梭菌發酵生產丁醇。由于生物丁醇的原料成本約占總成本的75 %，成本過高約束了生物丁醇作為燃料的推廣使用。從2006年起我國已經開始限制利用糧食來生產生物能源，鼓勵發展非糧的生物質能源。利用糖蜜、木薯、農業廢棄物和纖維素等原料生產丁醇是一種趨勢，但由于原料前處理技術不成熟、發酵菌株產總溶劑較低，丁醇比不高等問題成為生物丁醇大量生產的瓶頸。隨著基因組學和蛋白質組學的快速發展，丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicumATCC824)菌株的全基因組測序已于2001年完成(NGlling J, Breton G, Omelchenko M V, et al.Genomesequence and comparative analysis of the solvent producing bacteriumClostridium acetobutylicum. Bacteriol, 2001, 183(6): 4823-4838),遺傳操作系統已經成功構建；拜氏梭菌(Clostridium beijerinckii NCMB8052)菌株的全基因組測序已于2007年完成,分子遺傳操作系統正在構建(Copeland A, Lucas S，Lapidus A, et al.Clostridium beijerinckii NCIMB8052, complete genome, http://www. ncbi. nlm. nih.gov/entrez/viewer. fcgi db=nucleotide&val=CP000721 )D 國內主要研究丙酮丁醇梭菌的改造，對拜氏梭菌的研究較少。很多研究表明拜氏梭菌的原料譜和適宜P H范圍更廣，在丁醇發酵產業上具有更大的應用潛力。甘蔗渣和糖蜜都是制糖工業的主要副產品，價格低廉具有數量大、產地集中，其成分單一不需要分選處理、質量可控等優勢。與其他類型的農林生物質資源比較，蔗渣和糖蜜都是很好的生物質煉制工業的原料，是重要的可再生生物質資源。中國是僅次于巴西和印度的第三甘蔗種植大國，每年蔗渣的產量約2000多萬噸，糖蜜產量達3000多萬噸。由于轉化利用技術手段落后，傳統上甘蔗渣經常被廢棄不用、或者多數只用做燃料，其利用率很低，不僅造成了資源的浪費，而且還帶來了環境的污染。以廉價的蔗渣和糖蜜為原料發酵生產丁醇可降低生物丁醇的成本，具有市場競爭力。目前纖維素酶酶解蔗渣技術在工業生產中的應用尚未成熟，但經稀硫酸水解可得到低濃度的混合糖，主要成分是木糖，其水解產物中會有許多對微生物有抑制作用的物質主要有醛類、有機酸、呋喃、木素的降解產物、鹽類等。由于糖的濃度較低，一般需要濃縮并經過脫毒作為丁醇發酵醪。專利201019026109. I公開了一種以木質纖維素類生物質為原料發酵制備丁醇的方法，其中水解液需用膜分離技術和吸附分離技術脫毒。專利200810141418. 9提供了一種利用秸桿生產木糖聯產丙酮、丁醇和乙醇的方法。專利201111304843. 7公開了一種以木質纖維素為原料生產乙醇和丁醇的方法。新西蘭DavidJones教授選育的拜氏梭菌(Clostridium beijerinckii260)能同步糖化發酵木質纖維水解液生產丁醇(Qureshi N，Saha B C，Hectora R E, et al. Butanol production fromwheat straw by simultaneous saccharification and fermentation using Clostridiumbeijennckii :Part I batch fermentation. Biomass and Bioenergy, 2008, 32(2):168-175)。

發明內容
本發明的目的是提供一種以廉價的甘蔗制糖副產物為原料發酵生產丁醇的方法，用非糧生物質來取代玉米及薯類淀粉原料。本發明所述廉價的甘蔗制糖副產物原料是甘蔗渣和糖蜜。本發明通過以下技術方案達到上述目的以廉價的甘蔗制糖副產物為原料發酵生·產丁醇的方法，包括如下步驟I、甘蔗渣烘干后粉碎過40 80目篩，用0. 25 3 w/v %的稀硫酸水解，甘蔗渣與稀硫酸的料液比為5 10 w/w %，水解溫度為110 130°C，水解時間為30 90min，水解后加堿中和，紗布過濾。2、所得水解液不需要脫毒處理，在甘蔗渣水解液中直接加入不同比例的糖蜜，總糖質量百分含量為3 7%。3、發酵培養基培養基中的碳源是蔗渣水解液和糖蜜混合物，總糖質量百分含量為3 7%，氮源為質量百分含量為0. I 0. 3%的硫酸銨，酵母粉的質量百分含量為0. I
0.5%，無機鹽為鈣鹽、鈉鹽、磷酸鹽、鉀鹽、鎂鹽和鐵鹽中的任意一種或幾種，調pH6.0 6. 5,115。。滅菌 15min。4、將拜氏梭菌(Clostridium beijerinckii) gxas. 28種子液按體積百分含量為5 10%的接種量接種到發酵培養基中，于32 39°C靜止發酵40 60h，得到丁醇、丙酮和乙醇發酵液。利用氣相色譜儀檢測分析發酵產物。所述拜氏梭菌(Clostridiumbeijerinckii)gxas. 28 于 2011 年 12 月 9 日保藏在湖北省武漢市武昌珞珈山中國典型培養物保藏中心，保藏編號CCTCC M 2011454。本發明的突出優點在于本發明利用拜氏梭菌(Clostridium bei jerinckii)gxas. 28能夠有效轉化五碳糖和六碳糖生成丙酮、丁醇和乙醇，并獲得了較高的產量和轉化率，降低了微生物法發酵生產丁醇的原料成本。可以有效利用糖業副產物甘蔗渣和糖蜜混合發酵生產丁醇，可降低微生物法發酵生產丁醇的原料成本，具有市場競爭力。


圖I為本發明所述的以甘蔗渣和糖蜜為原料混合發酵生產丁醇的工藝流程圖。
具體實施例方式以下通過具體實施例進一步描述本發明的技術方案。以下實施例中的方法，如無特別說明，均為常規方法。實施例I 本發明所述的以甘蔗渣和糖蜜為原料混合發酵生產丁醇的方法，包括如下步驟步驟一、甘蔗渣水解液的制備甘蔗渣60°C烘干，粉碎過40 80目篩。用0. 25 3 w/v %的稀硫酸水解，其中甘蔗渣與稀硫酸的料液比為8 w/w %，水解溫度為121°C，水解時間為60min，水解完用氫氧化鈉中和，然后過濾得多糖水解液。DNS法測總糖，液相色譜檢測水解液中木糖和葡萄糖的含量，水解結果見表I。表I 8% (料水比)的蔗渣不同稀酸濃度121°C水解Ih所得水解液成分及水解率
權利要求
1.一種以甘蔗渣和糖蜜為原料混合發酵生產丁醇的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟 a)利用稀硫酸水解甘蔗渣粉制備多糖水解液， b)所得水解液直接與糖蜜混合作為發酵培養基的碳源，加入氮源和無機鹽，調節pH值，滅菌， c)用拜氏梭菌(Clostridiumbei jerinckii) gxas. 28 發酵生產丁醇。
2.根據權利要求I所述的以甘蔗渣和糖蜜為原料混合發酵生產丁醇的方法，其特征在于所述甘蔗渣粉為甘蔗渣經烘干后粉碎過40 80目篩。
3.根據權利要求I所述的以甘蔗渣和糖蜜為原料混合發酵生產丁醇的方法，其特征在于所述利用稀硫酸水解甘蔗渣粉，所述的稀硫酸為0. 25 3 w/v %的硫酸溶液，甘蔗渣與稀硫酸的料液比為5 10 w/w %，水解溫度為110 130°C，水解時間為30 90min，水解完后加堿中和，紗布過濾。
4.根據權利要求I所述的以甘蔗渣和糖蜜為原料混合發酵生產丁醇的方法，其特征在于甘蔗渣水解液直接與糖蜜混合，水解液不需要脫毒處理，直接在甘蔗渣水解液中加入不同比例的糖蜜,總糖質量百分含量為3 7%。
5.根據權利要求I所述的以甘蔗渣和糖蜜為原料混合發酵生產丁醇的方法，其特征在于所述發酵培養基的碳源為甘蔗渣水解液與糖蜜的混合物，總糖質量百分含量為3 7%，氮源為質量百分含量為0. I 0. 3%的硫酸銨，酵母粉的質量百分含量為0. I 0. 5%，無機鹽為鈣鹽、鈉鹽、磷酸鹽、鉀鹽、鎂鹽和鐵鹽中的任意一種或幾種，調pH6. 0 6. 5，115°C滅菌 15min。
6.根據權利要求I所述的以甘蔗渣和糖蜜為原料混合發酵生產丁醇的方法，其特征在于所述菌株為拜氏梭菌(Clostridium bei jerinckii ) gxas. 28 CCTCCM 2011454。
7.根據權利要求I所述的以甘蔗渣和糖蜜為原料混合發酵生產丁醇的方法，其特征在于所述發酵生產丁醇是將拜氏梭菌(Clostridium bei jerinckii ) gxas. 28按體積百分含量為5 10%的接種量接種到發酵培養基中，于32 39°C靜止發酵40 60h，得到丁醇、丙酮和乙醇發酵液。
全文摘要
本發明公開了一種以甘蔗渣和糖蜜為原料混合發酵生產丁醇的方法，包括如下步驟甘蔗渣粉碎后用稀酸水解，所得水解液直接與糖蜜按比例混合作為發酵原料，用拜氏梭菌(Clostridium beijerinckii)gxas.28CCTCC M 2011454發酵生產丁醇。丁醇產量可達到11.07g/L。采用本發明能有效利用甘蔗制糖副產物發酵生產丁醇，工藝簡單，降低了微生物法發酵生產丁醇的原料成本，具有社會意義和應用價值。
文檔編號C12P7/16GK102703523SQ20121022829
公開日2012年10月3日 申請日期2012年7月3日 優先權日2012年7月3日
發明者龐浩, 林麗華, 裴建新, 郭媛, 陳東, 黃志民, 黃日波, 黎貞崇 申請人:廣西科學院