專利名稱:富含半纖維素廢棄農(nóng)作物水解發(fā)酵產(chǎn)丁醇方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物質(zhì)發(fā)酵生產(chǎn)生物能源，本發(fā)明涉及利用富含半纖維素的農(nóng)業(yè)廢棄物，以及制糖工業(yè)的壓榨殘渣廢棄物，乙酸水解，梭菌發(fā)酵生產(chǎn)溶劑丙酮、丁醇和乙醇。
背景技術(shù)：
丙酮丁醇的發(fā)酵歷史可追溯到19世紀(jì)，是一戰(zhàn)和二戰(zhàn)中重要的無煙炸藥丙酮的生產(chǎn)方法，隨著石油工業(yè)的大發(fā)展，逐漸走向沒落，發(fā)酵法生產(chǎn)于上世紀(jì)90年代基本被以石油化工技術(shù)的石化方法所取代。由于化石能源的不可再生性，以及日益緊迫的環(huán)境壓力， 使人們又一次看到了，發(fā)酵法生產(chǎn)溶劑的眾多優(yōu)點(diǎn)。但是，傳統(tǒng)發(fā)酵方法都是以糧食為底物，這和當(dāng)今人口問題和可持續(xù)發(fā)展方針相矛盾。而且，發(fā)酵底物占據(jù)丙酮丁醇發(fā)酵成本的大部份(60%以上)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)廢棄物以及各種有利用價值的生物質(zhì)，逐漸成為糧食發(fā)酵的有力替代品，應(yīng)用生物質(zhì)生產(chǎn)可再生能源及溶劑，成為當(dāng)今科學(xué)界一大執(zhí)占。
甜高粱(sweet sorghum)已經(jīng)是世界公認(rèn)的能源植物之一。種子可食用或作為飼料，秸稈富含糖類，壓榨后汁液可制糖，但是產(chǎn)生大量的富含半纖維素類的殘渣類物質(zhì)，目前利用甜高粱渣生產(chǎn)溶劑丁醇的還鮮有報道。甜玉米，是一種玉米的改良品種，主要用作鮮食，它的秸稈與甜高粱相似，也是富含糖類，壓榨后，剩余殘渣富含半纖維素。蔗渣是甘蔗制糖壓榨后的產(chǎn)物，富含半纖維素，一般都作為飼料添加成分，但是大量集中產(chǎn)生的蔗渣，存在處理難題。玉米芯為玉米果實(shí)成熟后，脫粒后剩余部分，富含半纖維素，我國是玉米的生產(chǎn)大國，可利用資源極其豐富。
羅鵬發(fā)表在《林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè)》雜志2006年第沈卷第2期的文章《木質(zhì)生物資源的水解》概括介紹了當(dāng)前常用的半纖維素水解的方法包括酶水解、酸水解，其中酸水解主要為硫酸和硝酸水解，稀酸水解反應(yīng)速度快，能夠滿足連續(xù)式水解工藝的要求。但稀酸水解不具有選擇性，有降解產(chǎn)物糠醛形成，得率較低，一般為50%左右。對于連續(xù)式水解工藝，為使酸液能夠快速滲透到物料內(nèi)部，需要將物料進(jìn)行粉碎處理。反應(yīng)須在高溫下進(jìn)行，能耗高， 成本高，對反應(yīng)器具有腐蝕性。
莊軍平在發(fā)表于2009年的《現(xiàn)代化工》第四卷第2期的論文《木質(zhì)纖維素稀水解液脫毒研究進(jìn)展》介紹稀酸水解作為一種廣泛使用的木質(zhì)纖維原料的預(yù)處理方法，已在生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，但由于木質(zhì)纖維素經(jīng)稀酸水解預(yù)處理后，水解液中會產(chǎn)生大量的對發(fā)酵有毒的物質(zhì)如乙酸、糠醛、酚類物質(zhì)等，從而影響進(jìn)一步發(fā)酵。
李巖發(fā)表于2008年10月《現(xiàn)代化工》第觀卷增刊( 的文章《玉米秸稈稀酸水解與水解液發(fā)酵的實(shí)驗(yàn)研究》，文章報道了玉米秸稈的稀酸水解性能，考察了底物濃度、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、硫酸濃度和秸稈粒徑對水解得率和木糖得率的影響。在硫酸濃度為110%、 水解溫度126°c、水解時間lh、底物濃度為50 80g/L情況下。所得水解液主要成分為木糖和葡萄糖，經(jīng)處理后可直接用于微生物的發(fā)酵培養(yǎng)。
中國專利申請200810046776. 1公開了利用甜高粱秸稈或/和甜玉米秸稈發(fā)酵生
3產(chǎn)丙酮、丁醇的方法，該方法生產(chǎn)步驟包括甜高粱秸稈或/和甜玉米秸稈榨汁，汁液含糖量稀釋到10% 6% ；加入磷酸鹽、鈣鹽、氮源和微量生長因子，在121°C以上滅菌，冷卻到 320C 37°C，得發(fā)酵培養(yǎng)基；將丙酮-丁醇生產(chǎn)菌株，接種于玉米培養(yǎng)基中，在100°C下熱激活，在37°C下厭氧培養(yǎng)，得種子液；按發(fā)酵培養(yǎng)基體積比2% 5%將種子液接入發(fā)酵培養(yǎng)基中，32°C 37°C厭氧發(fā)酵，發(fā)酵采用分批發(fā)酵或者連續(xù)發(fā)酵，得丙酮和丁醇發(fā)酵液；檢測丙酮、丁醇含量。本發(fā)明的特點(diǎn)一是合理利用秸稈。二是可利用含糖量較低的不同地區(qū)、 不同季節(jié)栽培的不同品種甜高粱秸稈和甜玉米秸稈。解決了大規(guī)模發(fā)酵生產(chǎn)鮮秸稈不好保藏的問題。
中國專利申請200810035792. 0公開了一種提高薯類原料發(fā)酵生產(chǎn)丙酮、丁醇、乙醇的產(chǎn)率的方法。本發(fā)明涉及一種提高薯類原料發(fā)酵生產(chǎn)丙酮、丁醇、乙醇的產(chǎn)率的方法。 其特點(diǎn)在于向所述薯類原料中補(bǔ)充氮源。解決現(xiàn)在因薯類原料無法被ABE梭菌有效利用， 導(dǎo)致薯類原料發(fā)酵生產(chǎn)丙酮、丁醇、乙醇的產(chǎn)量低、成本高的問題。公開號為JP58031993 (A) 的日本專利申請公開了一種生產(chǎn)丁醇的方法和所用菌種。采用纖維素作為培養(yǎng)基碳源發(fā)酵生產(chǎn)丁醇。該菌種具有吸收利用纖維素的特性?，F(xiàn)有技術(shù)在纖維素水解發(fā)酵生產(chǎn)丁醇工藝， 都采用硫酸等進(jìn)行水解，從而造成后期環(huán)保處理問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是，為溶劑發(fā)酵生產(chǎn)提供一種以富含半纖維素生物質(zhì)為原料， 經(jīng)過乙酸水解發(fā)酵產(chǎn)丁醇方法。
本發(fā)明技術(shù)方案概述如下
混和水解在富含半纖維素生物質(zhì)的農(nóng)作物廢棄物與水的重量份數(shù)比例(簡稱固液比例)為1 (1-10)；在反應(yīng)混和液中添加乙酸，乙酸的添加量為2克/L-IO克/L(乙酸添加量以反應(yīng)混和液中水的添加量為基準(zhǔn))；控制溫度在100-200°C、水解時間在5-60分鐘進(jìn)行水解。
發(fā)酵向水解液中無菌加入礦物鹽及微量生長因子，用氨水調(diào)節(jié)pH值到5-6， 30-40°C下接入培養(yǎng)好的菌種，發(fā)酵3-6天。
所述水解液中可溶性糖類物質(zhì)蔗糖、葡萄糖、果糖、木糖、阿拉伯糖、糠醛、5羥甲基糠醛等作為發(fā)酵培養(yǎng)基碳源；以加入的氨水作為氮源；
所述菌種種子液添加量為水解液體積的2% -8%。
所述水解液中加入的礦物鹽為磷酸二氫鉀與磷酸氫二鉀，所述磷酸二氫鉀與磷酸氫二鉀在水解液中添加量各為0. 1%。
所述微量生長因子為氨基苯甲酸和生物素，加入量各為2ppm/L。
在水解過程中，通過水解溫度和時間嚴(yán)格控制水解溶液中乙酸總量在15克/L以下、呋喃糖總量(糠醛和5羥甲基糠醛)在5克/L以下，使水解總糖濃度達(dá)到或接近45克/L。
所述富含半纖維素的廢棄農(nóng)作物包括甜高粱渣、甜玉米、甜玉米渣、蔗渣及玉米芯，均為榨汁后及脫粒后的廢棄物，品種與種類不限，新鮮的或干燥后儲存的不限。
所述富含半纖維素生物質(zhì)的農(nóng)作物廢棄物與水的重量分?jǐn)?shù)比例(簡稱固液比例) 為 1 (5-10)。[0020]發(fā)酵過程中通過監(jiān)測溶劑含量(流加發(fā)酵監(jiān)測產(chǎn)量，以丁醇不再增加為終點(diǎn))決定發(fā)酵終點(diǎn)。
所述菌種如下，糖丁酸梭菌類(Clostridium saccharoacetobutylicum)，購自中國工業(yè)微生物菌種保藏管理中心，CICC8008菌株，丙酮丁醇梭菌類(Clostridium acetobutylicum)美國標(biāo)準(zhǔn)生物品收藏中心ATCC824菌株，拜氏梭菌類(Clostridium beijerinckii)英國食品工業(yè)與海洋細(xì)菌菌種保藏中心，NCIMB8052菌株)。
本發(fā)明的具體過程如下
1、原料的收集處理
對農(nóng)作物廢棄物進(jìn)行機(jī)械粉碎，到5厘米顆?；蜷L度以下，水的加入比例，以絕干 (取樣后105°C烘干過夜)生物質(zhì)質(zhì)量為參考依據(jù)，固液比例為1 1-1 10。乙酸添加量為2克/L-10克/L(乙酸添加量以反應(yīng)混和液中水的添加量為基準(zhǔn))；
2、水解
將步驟1各物質(zhì)裝入帶有冷卻裝置的高壓反應(yīng)釜或耐壓發(fā)酵罐，控制溫度 100-200°C，水解時間5-60分鐘，對富含半纖維素生物質(zhì)進(jìn)行水解，以水解液中溶出乙酸和投入乙酸的總量不超過15克/L，呋喃糖總量不超過5克/L，總糖濃度達(dá)到或接近45克/L， 為目的優(yōu)化調(diào)整水解條件。
3、培養(yǎng)基配制
將步驟2中水解液固液分離，采用離心、靜置沉淀、過濾或抽濾等方法進(jìn)行離心， 水解液無菌加入氨水作為氮源同時調(diào)節(jié)PH到5-6之間；以磷酸二氫鉀與磷酸氫二鉀各自 0. 作為磷元素提供體；以對氨基苯甲酸和生物素作為微量元素加入量均為2ppm/L ；可作為培養(yǎng)基進(jìn)行連續(xù)或批次發(fā)酵使用。也可不分離固液在一起作為批次發(fā)酵培養(yǎng)基使用。
4、接種發(fā)酵
將步驟3中配制好的培養(yǎng)基，無菌操作接入已經(jīng)活化的發(fā)酵菌種(體積比為 2% -8% )，維持發(fā)酵溫度30-40°C開始發(fā)酵，定時取樣分析溶劑含量，及底物糖的含量變化，以丁醇濃度含量最大為發(fā)酵終點(diǎn)作為發(fā)酵結(jié)束的判斷。
本發(fā)明中分別檢測乙酸、水解糖類、丙酮、丁醇、乙醇含量，其檢測設(shè)備和方法如下
乙酸、丙酮、丁醇、乙醇含量測定，采用北京市生物加工過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，氣相分析室島津GC2010氣相色譜儀，島津玻璃填充柱填料為Porapak Q80-100目，采用外標(biāo)法定性定量分析。
水解液及發(fā)酵液中各種糖類物質(zhì)，采用北京市生物加工過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，液相分析室，島津LC-20A液相色譜儀，紫外及視差檢測器分析，應(yīng)用Bio-rad公司HPX-87P與 HPX-87H色譜柱，采用外標(biāo)法分析。
本發(fā)明中水解裝置及發(fā)酵裝置均為密閉耐壓容器及設(shè)備，發(fā)酵可采用水解液分批和連續(xù)發(fā)酵及水解液連同固體殘渣批次發(fā)酵。
1.菌種活化和保藏培養(yǎng)基，使用梭菌強(qiáng)化培養(yǎng)基(見微生物培養(yǎng)手冊Handbook on Clostridia作者Peter Durre 2005年出版出版商Taylor& Francis (具體出版單位，作者，出版時間))，一級種子和二級種子均使用水解糖液培養(yǎng)基(見生產(chǎn)步驟3)。
有益效果[0037]1、針對制糖榨汁后含水量較大的富含半纖維素殘渣，及高半纖維素含量的農(nóng)業(yè)廢棄物，生產(chǎn)溶劑丙酮丁醇乙醇(ABE)進(jìn)行發(fā)酵。
2、應(yīng)用乙酸做預(yù)處理水解半纖維素，水解液中乙酸能被發(fā)酵菌體利用，避免了例如硫酸水解含鹽類過高，及后處理廢物對環(huán)境不友好的缺點(diǎn)。
3、控制水解工藝中乙酸添加量及反應(yīng)溫度和時間，靈活控制水解液中各種有利及有害成分的水解程度，使水解液更加適合發(fā)酵工藝。
4.水解液直接無菌加入礦物鹽和生長因子后，應(yīng)用氨水調(diào)節(jié)PH值，接種即可直接發(fā)酵，相比其它文獻(xiàn)報道方法更方便簡潔，而且對環(huán)境友好，沒有毒、害物質(zhì)及鹽類物質(zhì)產(chǎn)生及排放。
5.本發(fā)明使用的菌種為Clostridium acetobutylicum ATCC8M等菌種為高耐乙酸高產(chǎn)丁醇的菌種，能夠耐受15克/升乙酸發(fā)酵生產(chǎn)12克/升以上丁醇。應(yīng)用此菌種能夠最大限度的利用轉(zhuǎn)化乙酸，不但減少糖的用量而且由于利用乙酸，糖對溶劑的轉(zhuǎn)化率顯
者提尚。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一
應(yīng)用甜高粱渣乙酸水解，發(fā)酵水解液生產(chǎn)溶劑丙酮丁醇乙醇(ABE)。
生產(chǎn)步驟包括
1、原料的收集處理
對于榨汁后的甜高粱渣、甜玉米渣、蔗渣以及玉米芯，機(jī)械粉碎到5厘米顆?；蜷L度以下，以絕干(取樣后105°C烘干過夜)生物質(zhì)質(zhì)量為參考依據(jù)，固液比例在1 5，單位是kg/L ；乙酸添加量2克/L(乙酸添加量以反應(yīng)混和液中水的添加量為基準(zhǔn))。
2、水解
將步驟1各物質(zhì)裝入帶有冷卻裝置的高壓反應(yīng)釜，采用溫度170°C和反應(yīng)水解停留保溫時間10分鐘，對富含半纖維素生物質(zhì)進(jìn)行水解，水解液中溶出乙酸和投入乙酸總量為15克/L，呋喃糖總量為4克/L，總糖濃度達(dá)到或接近45克/L。
3、培養(yǎng)基配制
將步驟2中水解液固液分離，水解液無菌加入氨水作為氮源同時調(diào)節(jié)pH到5 ；以磷酸二氫鉀與磷酸氫二鉀各自0. 作為磷元素提供體添加；以對氨基苯甲酸和生物素作為微量元素加入量均為2ppm/L。
4、接種發(fā)酵
將步驟3中配制好的培養(yǎng)基轉(zhuǎn)入發(fā)酵罐中，無菌操作接入已經(jīng)活化的發(fā)酵菌種培養(yǎng)液，體積比為2%，維持發(fā)酵溫度37°C開始發(fā)酵，定時取樣分析溶劑含量，及底物糖的含量變化，經(jīng)過6天完全發(fā)酵后，產(chǎn)生丁醇8. 5克/升，丙酮4. 2克/升乙醇1. 1克/升，總?cè)軇┰?5克/升左右。菌種采用ATCC8M菌株。
乙酸、丙酮、丁醇、乙醇含量測定采用北京市生物加工過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，氣相分析室島津GC2010氣相色譜儀，島津玻璃填充柱填料為Porapak Q80-100目，采用外標(biāo)法定性定量分析。
水解液及發(fā)酵液中各種糖類物質(zhì)，采用北京市生物加工過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，液相分析室，島津LC-20A液相色譜儀，紫外及視差檢測器分析，應(yīng)用Bio-rad公司HPX-87P與 HPX-87H色譜柱，采用外標(biāo)法分析。
經(jīng)過上述步驟水解后，每批的水解總糖是有出入的，但大致總糖在40——50克/ 升范圍內(nèi)，水解糖的組成成分為蔗糖、葡萄糖、果糖、木糖及少量阿拉伯糖分別含量為蔗糖 3-5克/升，葡萄糖15-25克/升，果糖10-15克/升，木糖7_10克/升，阿拉伯糖3克/升以下，并且產(chǎn)生糠醛與羥甲基糠醛(這兩個東西是由葡萄糖和木糖高溫轉(zhuǎn)變來的)，我們的這個工藝就是通過溫度和反應(yīng)時間控制這兩種物質(zhì)的產(chǎn)生量在3克/升以下。半纖維素的水解率在75%以上(甜高粱的半纖維素含量在45%左右)，溫度提高能達(dá)到100%但抑制物就會成倍的產(chǎn)生(硫酸半纖維素100%水解，但是硫酸水解產(chǎn)生過多的其它抑制成分，就是因?yàn)樗獾奶珡氐琢?。
發(fā)酵的過程培養(yǎng)基的配制，我們優(yōu)化出一種發(fā)酵最小配方培養(yǎng)基分別是 MgSO4O. 2 克 / 升，MnSO4O. 01 克 / 升，F(xiàn)eSO4O. 01 克 / 升，KH2PO4I 克 / 升，K2HPO4I 克 / 升，對氨基苯甲酸0. 001克/升，生物素0. 00001克/升。培養(yǎng)基的糖類由水解液提供，用氨水調(diào)節(jié)PH到6. 8既可接種發(fā)酵。種子配方如上述，把水解液換成葡萄糖即成為種子配方。一般菌種都保藏為孢子形式，接種需要熱激活，即接種后80度熱水燙3-5分鐘迅速冷卻到室溫然后37度培養(yǎng)。
經(jīng)過轉(zhuǎn)接種子到水解液中發(fā)酵。
實(shí)施例子2基本過程同例1
1、原料的收集處理
對于玉米芯，進(jìn)行機(jī)械粉碎，到5厘米顆?；蜷L度以下，以絕干(取樣后105°C烘干過夜)生物質(zhì)質(zhì)量為參考依據(jù)，固液比例在1 6。乙酸添加量2克/L。
2、水解
將步驟1各物質(zhì)裝入帶有冷卻裝置的耐壓發(fā)酵罐，采用溫度150°C和反應(yīng)水解停留保溫時間20分鐘，對富含半纖維素生物質(zhì)進(jìn)行水解，水解液中溶出乙酸和投入乙酸總量為14克/L，呋喃糖總量為3克/L，總糖濃度達(dá)到或接近50克/L。
5、培養(yǎng)基配制
將步驟2中水解液固液分離，水解液無菌加入氨水作為氮源同時調(diào)節(jié)pH到6.0 ； 以磷酸二氫鉀與磷酸氫二鉀各自0. 作為磷元素提供體添加；以對氨基苯甲酸和生物素作為微量元素加入量均為2ppm/L。
6、接種發(fā)酵
將步驟3中配制好的培養(yǎng)基，無菌操作接入已經(jīng)活化的發(fā)酵菌種，體積比為4%， 維持發(fā)酵溫度35°C開始發(fā)酵，定時取樣分析溶劑含量，及底物糖的含量變化，經(jīng)過4天完全發(fā)酵后，產(chǎn)生丁醇7. 5克/升，丙酮5. 2克/升乙醇1. 1克/升，總?cè)軇┰?4克/升左右。 菌種采用CICC8008菌株。
例3基本過程同例1
1、原料的收集處理
對于甜玉米渣，進(jìn)行機(jī)械粉碎，到5厘米顆?；蜷L度以下，以絕干(取樣后105°C烘干過夜)生物質(zhì)質(zhì)量為參考依據(jù)，固液比例在1 8。乙酸添加量5克/L加入比例。
2、水解[0071]將步驟1各物質(zhì)裝入帶有冷卻裝置的高壓反應(yīng)釜，采用溫度150°C和反應(yīng)水解停留保溫時間60分鐘，對富含半纖維素生物質(zhì)進(jìn)行水解，水解液中溶出乙酸和投入乙酸總量為13克/L，呋喃糖總量為3. 5克/L，總糖濃度達(dá)到或接近45克/L。
7、培養(yǎng)基配制
將步驟2中水解液固液分離，水解液無菌加入氨水作為氮源同時調(diào)節(jié)pH到5. 5 ； 以磷酸二氫鉀與磷酸氫二鉀各自0. 作為磷元素提供體添加；以對氨基苯甲酸和生物素作為微量元素加入量均為2ppm/L。
8、接種發(fā)酵
將步驟3中配制好的培養(yǎng)基，無菌操作接入已經(jīng)活化的發(fā)酵菌種，體積比為5%， 維持發(fā)酵溫度40°C開始發(fā)酵，定時取樣分析溶劑含量，及底物糖的含量變化，經(jīng)過6天完全發(fā)酵后，產(chǎn)生丁醇9. 5克/升，丙酮3. 2克/升乙醇1. 1克/升，總?cè)軇┰?5克/升左右。 菌種采用NCIMB 8052。
例4基本過程同例1
1、原料的收集處理
對于甘蔗渣，進(jìn)行機(jī)械粉碎，到3厘米顆?；蜷L度以下，以絕干(取樣后105°C烘干過夜)生物質(zhì)質(zhì)量為參考依據(jù)，固液比例在1 10。乙酸添加量10克/L加入比例，
2、水解
將步驟1各物質(zhì)裝入帶有冷卻裝置的高壓反應(yīng)釜或耐壓發(fā)酵罐，采用溫度200°C 和反應(yīng)水解停留保溫時間10分鐘，對富含半纖維素生物質(zhì)進(jìn)行水解，水解液中溶出乙酸和投入乙酸總量為14克/L，呋喃糖總量為3. 5克/L，總糖濃度達(dá)到或接近48克/L。
3.培養(yǎng)基配制
將步驟2中水解液固液分離，水解液無菌加入氨水作為氮源同時調(diào)節(jié)pH到6 ；以磷酸二氫鉀與磷酸氫二鉀各自0. 作為磷元素提供體添加；以對氨基苯甲酸和生物素作為微量元素加入量均為2ppm/L。
4.接種發(fā)酵
將步驟3中配制好的培養(yǎng)基，無菌操作接入已經(jīng)活化的發(fā)酵菌種，體積比為8%, 維持發(fā)酵溫度36°C開始發(fā)酵，定時取樣分析溶劑含量，及底物糖的含量變化，經(jīng)過4天完全發(fā)酵后，產(chǎn)生丁醇9克/升，丙酮3. 5克/升乙醇1. 5克/升，總?cè)軇┰?4克/升左右。菌種采用ATCC8M菌株。
例5基本過程同例1
1、原料的收集處理
對于甜玉米，進(jìn)行機(jī)械粉碎，以絕干(取樣后105°C烘干過夜)生物質(zhì)質(zhì)量為參考依據(jù)，固液比例在1 9。乙酸添加量為10克/L加入比例，
2、水解
將步驟1各物質(zhì)裝入帶有冷卻裝置的高壓反應(yīng)釜或耐壓發(fā)酵罐，采用溫度200°C 和反應(yīng)水解停留保溫時間10分鐘，對富含半纖維素生物質(zhì)進(jìn)行水解，水解液中溶出乙酸和投入乙酸總量為14克/L，呋喃糖總量為3. 5克/L，總糖濃度達(dá)到或接近48克/L。
3.培養(yǎng)基配制
將步驟2中水解液固液分離，水解液無菌加入氨水作為氮源同時調(diào)節(jié)pH到6 ；以磷酸二氫鉀與磷酸氫二鉀各自0. 作為磷元素提供體添加；以對氨基苯甲酸和生物素作為微量元素加入量均為2ppm/L。
4.接種發(fā)酵
將步驟3中配制好的培養(yǎng)基，無菌操作接入已經(jīng)活化的發(fā)酵菌種，體積比為8%, 維持發(fā)酵溫度36°C開始發(fā)酵，定時取樣分析溶劑含量，及底物糖的含量變化，經(jīng)過4天完全發(fā)酵后，產(chǎn)生丁醇9克/升，丙酮3. 5克/升乙醇1. 5克/升，總?cè)軇┰?4克/升左右。菌種采用ATCC8M菌株。
權(quán)利要求
1.一種利用富含半纖維素的廢棄農(nóng)作物水解發(fā)酵產(chǎn)丁醇的方法，包括混合水解步驟和發(fā)酵步驟，其特征在于1)所述混和水解步驟中，富含半纖維素生物質(zhì)的農(nóng)作物廢棄物與水的重量分?jǐn)?shù)比例為 1 (1-10)；在反應(yīng)混和液中添加2克/L-IO克/L乙酸，控制溫度在100-200°c、水解時間在5-60分鐘，使得水解溶液中乙酸總量在15克/L以下，呋喃糖總量在5克/L以下，水解總糖濃度達(dá)到或接近45克/L ；2)所述發(fā)酵步驟中，水解液中無菌加入0.1 %的磷酸二氫鉀和0. 1 %的磷酸氫二鉀， 加入2ppm/L的氨基苯甲酸和2ppm/L的生物素，用氨水調(diào)節(jié)pH值到5_6，30_40°C下接入培養(yǎng)好的糖丁酸梭菌(Clostridium saccharoacetobutylicum)CICC8008、丙酮丁醇梭菌 (Clostridium acetobutylicum)ATCC824 或拜氏梭菌(Clostridium beijerinckii)NCIMB 8052的種子液，發(fā)酵3-6天。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于乙酸的添加量為2克/L、5克/L或10克/L。
3.如權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于，所述富含半纖維素的農(nóng)作物包括甜高粱秸稈渣、甜玉米秸稈渣、蔗渣及玉米芯。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的富含半纖維素廢棄農(nóng)作物水解發(fā)酵產(chǎn)丁醇方法，其特征在于所述所述富含半纖維素生物質(zhì)的農(nóng)作物廢棄物與水的重量分?jǐn)?shù)比例為1 5-10。
專利摘要
本發(fā)明公開了富含半纖維素廢棄農(nóng)作物水解發(fā)酵產(chǎn)丁醇方法，本發(fā)明屬于生物質(zhì)發(fā)酵生產(chǎn)生物能源，為溶劑發(fā)酵生產(chǎn)提供一種以富含半纖維素生物質(zhì)為原料，經(jīng)過乙酸預(yù)處理水解發(fā)酵產(chǎn)丁醇方法。本發(fā)明技術(shù)方案混和水解富含半纖維素生物質(zhì)的農(nóng)作物廢棄物與水反應(yīng)混和液中添加乙酸，控制溫度和時間進(jìn)行水解、發(fā)酵。本發(fā)明應(yīng)用乙酸做預(yù)處理水解半纖維素，水解液中乙酸能被發(fā)酵菌體利用，避免了例如硫酸水解含鹽類過高，及后處理廢物對環(huán)境不友好的缺點(diǎn)。
文檔編號C12R1/145GKCN101696429 B發(fā)布類型授權(quán) 專利申請?zhí)朇N 200910092064
公開日2012年2月15日 申請日期2009年9月21日
發(fā)明者張濤, 杜娜, 譚天偉 申請人:北京化工大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan